Establishment of in vitro experimental method for biological evaluation of biodegradable magnesium

本研究の目的は，医療応用が期待されている生分解性Mg材料を対象に， In vitro（浸漬）試験とIn vivo（家兎埋植）試験における材料の生分解挙動とその関連性を解明し，生体内のMg分解挙動を適切に再現できるIn vitro試験法を確立することである．令和4年度では、分解初期の挙動を明らかにするために，純Mgを細胞培養液（DMEM+10%FBS）に1日の浸漬，また家兎の大腿骨端部と背部皮下に1日の埋植を実施し，走査電子顕微鏡（SEM）及びX線光電子分光法（XPS）を用いて表面分解生成物の観察と組成分析を行った．浸漬試験及び家兎埋植試験のいずれのMg表面においてMg(OH)2，Ca-phosphateとMgCO3等の分解生成物の存在が確認され，浸漬試験試料表面の分解生成物には亀裂が，埋植試料表面の分析生成物には亀裂に加え局部的な剥離も観察された．また，浸漬試験結果から，Ca-phosphate層は緻密であり保護層としてMg表面の腐食挙動に大きく影響し，その生成は緩衝系の重炭素イオン濃度に依存することが分かった．具体的には，重炭素イオン濃度が低い場合には，Ca-phosphate層が生成しやすく腐食が抑制され，表面が相対的平坦であった；一方，重炭素イオン濃度が高い場合には，Ca-phosphate層が生成し難く腐食が進行し亀裂が生じる．以上，浸漬と埋植の両試験の結果より，重炭素イオン濃度がMgの分解挙動に影響する重要な因子であると結論付けた．これまで長期試験での通説として埋植試験におけるMg腐食率は浸漬試験より低いとされてきたが，本研究成果である初期埋植試験におけるMg腐食率は浸漬試験より高いことが分かった．これは局所的な重炭素イオン濃度の違い，また家兎の活動に伴う大腿骨内の骨髄が流れる動的環境に影響された結果と考えられる．

本研究の目的は，医療応用が期待されている生分解性Mg材料を対象に， In vitro（浸漬）試験とIn vivo（家兎埋植）試験における材料の生分解挙動とその関連性を解明し，生体内のMg分解挙動を適切に再現できるIn vitro試験法を確立することである．令和4年度では、分解初期の挙動を明らかにするために，純Mgを細胞培養液（DMEM+10%FBS）に1日の浸漬，また家兎の大腿骨端部と背部皮下に1日の埋植を実施し，走査電子顕微鏡（SEM）及びX線光電子分光法（XPS）を用いて表面分解生成物の観察と組成分析を行った．浸漬試験及び家兎埋植試験のいずれのMg表面においてMg(OH)2，Ca-phosphateとMgCO3等の分解生成物の存在が確認され，浸漬試験試料表面の分解生成物には亀裂が，埋植試料表面の分析生成物には亀裂に加え局部的な剥離も観察された．また，浸漬試験結果から，Ca-phosphate層は緻密であり保護層としてMg表面の腐食挙動に大きく影響し，その生成は緩衝系の重炭素イオン濃度に依存することが分かった．具体的には，重炭素イオン濃度が低い場合には，Ca-phosphate層が生成しやすく腐食が抑制され，表面が相対的平坦であった；一方，重炭素イオン濃度が高い場合には，Ca-phosphate層が生成し難く腐食が進行し亀裂が生じる．以上，浸漬と埋植の両試験の結果より，重炭素イオン濃度がMgの分解挙動に影響する重要な因子であると結論付けた．これまで長期試験での通説として埋植試験におけるMg腐食率は浸漬試験より低いとされてきたが，本研究成果である初期埋植試験におけるMg腐食率は浸漬試験より高いことが分かった．これは局所的な重炭素イオン濃度の違い，また家兎の活動に伴う大腿骨内の骨髄が流れる動的環境に影響された結果と考えられる．