バイオマテリアルの生体内劣化とマクロファージ

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875026
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 小茂鳥 潤 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (30225586)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 健人 慶應義塾大学, 医学部, 助教授 (60230463) ; 岡 浩太郎 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (10276412)
• Keywords: バイオマテリアル / マクロファージ / チタン合金 / 溶出イオン

Research Abstract

本年度は,生体内のin vivoにおける腐食メカニズムを解明することを目的として研究を行った.生体内における腐食挙動を模擬するため,U937細胞から分化させたマクロファージ(Mφ)を培養し,これを含む培養液中においてステンレス鋼の腐食試験を行った.培養液中における腐食反応速度は交流インピーダンス法により測定し,浸漬時間の経過にともなう腐食速度の変化を調べた.また,異物を貧食したMφ活性化の影響を調べるため,ポリエチレン粒子を貧食したMφを培養し,同様な腐食試験を行った.さらに,試験後の試料表面を走査型電子顕微鏡,原子間力顕微鏡および走査型電子顕微鏡により詳細に分析し,その腐食挙動について検討・考察を加えた.得られた結論を以下に示す.
(1)Mφを含む培養液中に浸漬した試料は,試料表面には極微細な凹凸が多数形成され,時間経過とともに粗さと腐食反応速度が増加することが明らかとなった.このことは,Mφの存在が生体材料の腐食に大きな影響を及ぼすことを示すものである.
(2)ポリエチレン粒子を貧食させることにより,免疫反応を活性化させたMφを含む培養液中の試料の場合,その表面粗さ,腐食反応速度ともにそれを貧食していない場合と比較して大となることが明らかとなった.このことは,Mφの活性化が金属材料の腐食を促進させることを示すものである.
(3)Mφおよび活性化したMφを含む培養液の場合,試料表面より金属イオン(Fe,Ni,Mo)の溶出が増加することが明らかとなった.このことは,Mφの貧食反応が生体材料の金属溶出に多大な影響を及ぼすことを示すものである.
(4)生体内に金属材料がインプラントされた場合,その表面に形成された腐食生成物や摩耗紛を貧食することによりMφが活性化し,その影響によりインプラント材の腐食が加速されるとする,金属系生体材料のin vivo腐食モデルを提案した.

Research Products

• [Publications] Masayoshi MIZUTANI: "Effect of ELID Grinding Method on Corrosion resistance and Micro-Hardness of Metallic Biomaterials(Ti-6Al-4V alloy)"Conference proceedings of 5th international conference and general meeting of EUSPEN, Germany, May(2003).
• [Publications] Yutaka Kameyama: "Effect of FPB(Fine Particles Bombardment)Treatment on the Friction Coefficient of Ti-6Al-4V Alloy"10^<th> World Conference on Titanium, Hamburg, July(2003).
• [Publications] Yusuke Goto: "Effect of Plastic Deformation and Static Stress on Corrosion of Ti-6Al-4V Alloy"10^<th> World Conference on Titanium, Hamburg, July(2003).
• [Publications] Kazue Murakami: "Biocompatibility of Ti-6Al-4V Alloy Modified by Fine Particle Bombardment(FPB)"10^<th> World Conference on Titanium, Hamburg, July(2003).
• [Publications] Yosuke Ohmori: "Corrosive Wear Mechanism of Ti-6Al-4V Alloy in Vitro"International Conference on Erosive and Abrasive Wear(ICEAW II),Cambridge, Sept.(2003).
• [Publications] Hitoshi Ohmori: "Improvement of Corrosion Resistance in Metallic Biomaterials by a New Electrical Grinding Technique"Annuals of CIRP, San Sebastian, Aug.(2002).
• [Publications] Mizutani Masayoshi: "Effects of ELID Grinding Condition on Corrosion Response of Metallic Biomaterials(Ti-6Al-4V alloy)"6^<th> International Conference on Progress of Machining Technology(ICPMT),Xian, P.R.China, Sept.(2002).
• [Publications] Mizutani Masayoshi: "Surface Finishing for Biomaterials-Application of The ELID Grinding Method"Third International Conference on AMDP, Daegu, Korea, Oct.(2002).
• [Publications] 片平和俊: "ELID研削による耐食金属材料の表面機能改善"型技術. 17巻8号. 126-127 (2002)
• [Publications] 水谷正義: "金属系生体材料(Ti-6Al-4V合金)の腐食特性に及ぼすELID研削の影響"2002年度精密工学会春季大会学術講演会,東京,3月.
• [Publications] 水谷正義: "金属系生体材料(Ti-6Al-4V合金)の表面安定化に及ぼすELID研削条件の影響"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会,熊本,10月.
• [Publications] 片平和俊: "ELID研削による表面機能性の改善(ステンレス鋼の腐食特性に及ぼすELID研削の効果)"2001年度精密工学会秋季大会学術講演会,大阪,9月.