アモルファス合金の骨接合材料への応用に関する実験的研究

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アモルファス合金の力学的性質の報告によると、アモルファス合金は比強度に優れ、低ヤング率であり、骨により近い物理特性を有する。このため、同じ強度でサイズのより小さい骨接合材料が作成可能で、かつ荷重遮断の影響を受けにくく骨癒合に有利であると考えられ、骨接合材料として有望である。しかし、アモルファス合金の生体適合性、生体安全性、耐食性、耐久性といった生体への影響や、骨形成および骨癒合に対する効果については未知でありこれまで研究されていない。アモルファス合金を生体に一定期間埋入して、生体適合性、生体安全性、耐食性、耐久性、および骨形成や骨癒合への影響を分析し、アモルファス合金の臨床応用の可能性を検討することを本研究の目的とした。Zr65Al7.5Ni10Cu17.5アモルファス合金を使用し、動物モデルとしてWistar系ラットを使用した。(研究項目)(1)骨膜下骨外埋入アモルファス合金が生体組織に与える影響に関する研究(2)骨髄内挿入アモルファス合金が生体組織に与える影響に関する研究(3)アモルファス合金の生体内での耐食性、耐久性の評価(4)アモルファス合金骨接合材料が骨折の骨癒合におよぼす影響に関する研究(結果)組織学的検索、血中および組織中の組成元素含有量の測定で、生体組織に対する悪影響がみられなかった。抜去したアモルファス合金の評価をSEM、EDSにて行い、生体内で不活性であることが示唆された。ラット大腿骨骨折モデルに髄内釘として使用し、骨形成、骨癒合への影響を評価した。6週間でチタン合金、ステンレス鋼と同等以上の良好な骨形成が得られ、12週間で骨折部での皮質骨化がチタン合金より旺盛で骨強度が大きくなる傾向があった。以上よりアモルファス合金は骨接合材料として安全で骨折部の骨癒合に有利であることが示唆された。(考察)Zr-Al-Ni-Cuアモルファス合金は生体適合性があり、安定した不働態皮膜によって高い耐食性を示したと考えられる。チタン合金がリン酸カルシウムを表面に生成しやすいことが明らかとなった。リン酸カルシウムが材料表面に生成して骨と過度に接合すると抜去が困難となる可能性があり、骨接合材料として好ましくない。一方、アモルファス合金はほぼ不活性であることが示されたため、骨接合材料に適していると考えられる。骨折の骨癒合は、アモルファス合金髄内釘でチタン合金より皮質骨化が旺盛で骨強度が大きくなる傾向があった。剛性がチタン合金より骨に近いため、骨形成に必要な荷重が遮断されにくかったためと思われる。