炎症性サイトカイン産生を抑制する人工関節表面の実験的証明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25289024
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 中西 義孝 熊本大学, 大学院先端科学研究部, 教授 (90304740)
• 研究分担者: 三浦 裕正 愛媛大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (10239189) ; 村瀬 晃平 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80298934)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 人工関節 / 炎症性サイトカイン / 表面テクスチャリング / 摩耗粉毒性 / 摩耗粉分析 / 超精密加工 / トライボロジー

研究実績の概要

人工関節から発生する超高分子量ポリエチレンの摩耗粉は人工関節周辺組織の炎症や骨融解を引き起こす。理由は摩耗粉をマクロファージが貪食し、炎症性サイトカインの産生を発現させるからである。本年度の実験結果によれば、ヒト由来単球マクロファージは10μm以上の粒子も複数貪食すること、マクロファージの生存率は摩耗粉の総面積（＝個数×個々の表面積）が一定値を越えると急激に下がること、炎症性サイトカインの産生は特定の表面積にピークがあることが確定的となった。超高分子量ポリエチレンの摩耗粉特性、とくに個々の表面積（摩耗粉サイズ）は相手摺動面であるCo-Cr-Mo合金への表面テクスチャリングにより制御できることを実験的に証明した。そこでは表面粗さとして２から20ナノメートルレベルで調整し、１マイクロメートル以下の凹凸（うねり）を加えた表面構造が特に有効であることも証明できた。テクスチャリングの方法として、マイクロウエットブラスティングの応用法を活用することで、従来の人工関節表面の最終仕上げ工程として取り入れることが可能となった。股関節または膝関節に近い運動パターンをシミュレートできるPin-on-discの活用およびそのほかの条件はISO14242および14243に準拠する体制が確立できた他、摩耗粉とヒト由来単球マクロファージの培養実験方法も現状で最適な方法を確定した。これらは人工関節への実装を目指したロードマップを構築できたことを意味する。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] James Cook University(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: James Cook University
• [国際共同研究] University of Twente(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: University of Twente
• [国際共同研究] Shanghai Advanced Research Institute(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Shanghai Advanced Research Institute
• [雑誌論文] Method for measuring Young’s modulus of cells using a cell compression microdevice (2017)
  • 著者名/発表者名: Tairo Yokokura, Yuta Nakashima, Yukihiro Yonemoto, Yuki Hikichi, Yoshitaka Nakanishi
  • 雑誌名: International journal of Engineering Science 巻: 114 ページ: 41-48
  • DOI: 10.1016/j.ijengsci.2017.02.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo kinematic analysis of the glenohumeral joint during dynamic full axial rotation and scapular plane full abduction in healthy shoulders (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoya Kozono, Takamitsu Okada, Naohide Takeuchi, Satoshi Hamai, Hidehiko Higaki, Satoru Ikebe, Takeshi Shimoto, Go Miake, Yoshitaka Nakanishi, Yukihide Iwamoto
  • 雑誌名: Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy 巻: - ページ: 1-9
  • DOI: 10.1007/s00167-016-4263-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] The biological response of macrophages to PMMA particles with different morphology and size (2016)
  • 著者名/発表者名: R.Yoshioka, Y.Nakashima, Y.Fujiwara, Y.Komohara, M.Takeya, Y.Nakanishi
  • 雑誌名: Biosurface and Biotriology 巻: 2 ページ: 114-120
  • DOI: 10.1016/j.bsbt.2016.09.003
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Creation of cell micropatterns using a newly developed gel micromachining technique (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Nakashima, Yusuke Yamamoto, Yuki Hikichi, Yoshitaka Nakanishi
  • 雑誌名: Biofabrication 巻: 8 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1088/1758-5090/8/3/035006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of micro slurry-jet erosion on the tribological behaviour of polymer material of artificial joint (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakanishi, Y. Nakashima, Y. Fujiwara, Y. Komohara, M. Takeya, H. Miura, H. Higaki
  • 雑誌名: Proceedings of the 17th Nordic Symposium on Tribology (NordTrib 2016) 巻: - ページ: -
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] 超精密微細加工による材料表面特性の調整 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中西義孝、森山俊樹、馬場貴司、中島雄太
  • 学会等名: 日本機械学会九州支部
  • 発表場所: 佐賀大学理工学部（佐賀）
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-14
• [学会発表] Bio-inspired surface作成法に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中西義孝、森山俊樹、馬場貴司、中島雄太
  • 学会等名: 日本生体医工学会九州支部学術講演会
  • 発表場所: 九州大学（伊都キャンパス）
  • 年月日: 2017-03-04 – 2017-03-04
• [学会発表] Micro Wet Blasting による材料表面特性の改善 (2017)
  • 著者名/発表者名: 馬場貴司、本田拓朗、中島雄太、日垣秀彦、中西義孝
  • 学会等名: 第29回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: ウインク愛知（名古屋）
  • 年月日: 2017-01-20 – 2017-01-20
• [学会発表] Effect of precision machining for bearing surface in artificial joint on regulation of macrophage activation (2016)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakanishi, Y.Nakashima, S.Sakuraba, R.Yoshioka, Y.Fujiwara, Y.Komohara, M.Takeya, H.Miura, H.Higaki
  • 学会等名: The 16th International Conference on Biomedical Engineering
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-10
  • 国際学会
• [学会発表] The Influence of Particle Morphology on Biological Response of Macrophages (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Yoshioka, Y. Nakashima, Y. Fujiwara, Y. Komohara, M. Takeya, Y. Nakanishi
  • 学会等名: The 16th International Conference on Biomedical Engineering
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-10
  • 国際学会
• [学会発表] 人工関節表面に最適な表面形状の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森山 俊樹, 桜庭 新, 吉岡 陸, 中島 雄太, 中西 義孝
  • 学会等名: 第27回バイオフロンティア講演会
  • 発表場所: 北海道（北海道大学）
  • 年月日: 2016-10-22 – 2016-10-23
• [学会発表] 表面テクスチャリングが材料表面の親・疎水性に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中西義孝, 中島雄太, 日垣秀彦, Chee Kent Yong, Xiangqiong Zeng, Enile van der Heide
  • 学会等名: 日本機械学会 2016年度年次大会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2016-10-13 – 2016-10-13
• [学会発表] 人工関節における表面テクスチャリングの効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中西義孝, 中島雄太, 桜庭 新, 吉岡 陸, 日垣秀彦
  • 学会等名: 日本機械学会 2016年度年次大会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2016-10-13 – 2016-10-13
• [学会発表] Effect of micro slurry-jet erosion on the tribological behaviour of polymer material of artificial joint (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakanishi, Y. Nakashima, Y. Fujiwara, Y. Komohara, M. Takeya, H. Miura, H. Higaki
  • 学会等名: The 17th Nordic Symposium on Tribology
  • 発表場所: Hameenlinna, Finland
  • 年月日: 2016-06-14 – 2016-06-17
  • 国際学会
• [備考] 研究室ＨＰ
  • URL: http://www.mech.kumamoto-u.ac.jp/Info/lab/biomech/Welcome.html
• [学会・シンポジウム開催] Innovative Symposium on Surface Engineering (2016)
  • 発表場所: Kumamoto University, Kumamoto
  • 年月日: 2016-12-20 – 2016-12-22