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研究内容

Keywords

生体材料 Biomaterials, 医療用インプラント Medical Implants, 生体適合性 Biocompatibility, 体内分解性 Biodegradabilty, in vitro評価 in vitro evaluation

医療応用に際しては、材料の機能性だけでなく生体安全性の確認が必須である。多くの材料は体内で分解・腐食等による損傷を生じるため、体内環境下分解性・耐食性評価も重要である。医療用材料評価の多くは動物試験により実施されてきたが、その結果は必ずしも臨床試験結果と一致しない。またコストや動物愛護等の問題があるため、世界中で動物試験の削減・代替が進められている。そこで、in vitro(試験管内)にて生体内環境を再現することで、より簡便な材料の機能性・耐久性評価手法を開発している。 For biomedical application, it is important to evaluate materials' functionality as well as biological safety. Most of the materials degrade inside the body, it is also important to investigate materials degradation behavior in the physiological environment. These properties of conventional medical materials were evaluated by in vivo animal experiments, however their results often disagree with those of clinical trials. Furthermore, recent global movement concerning animal welfare limits the execution of animal tests. Therefore, we are challenging to establish new evaluation methods by simulating physiological environment in vitro, which will contribute to more efficient development of new medical devices.

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我々が開発した疑似組織浸漬試験により調べたマグネシウム合金スクリューの空孔形成挙動を示す。表面処理による腐食抑制に伴い、空孔形成量は低下した。疑似組織の組成により組織中の環境因子を制御可能であり、臨床使用時のリスク評価に有用である。
Gas cavity formation behavior of a Mg-alloy screw was examined using our original evaluation method; the model tissue system. The polymer coating suppressed corrosion reaction of the substrate, reducing the gas cavity volume formed in the model tissue, which is quantified by micro-X-ray CT analysis.

所属学会

日本バイオマテリアル学会, 日本金属学会, 日本機械学会, 日本動物実験代替法学会

高分子・バイオ材料研究センター
タイトル

生体吸収性金属材料のマイクロX線CT像に基づく腐食減量推定

キーワード

生体吸収性金属材料、生体内分解挙動、マイクロX線CT、ピークフィッティング

概要

生体吸収性金属材料としてマグネシウム(Mg)や亜鉛、鉄の合金の医療応用が進められている。その成功のためには、体内における腐食挙動制御が重要である。通常、金属材料の腐食量は重量減として求められるが、ワイヤなど微小な部材については腐食試験後の回収や酸洗浄等の作業実施が困難な場合がある。体内に埋植された材料の観察には、しばしばX線CTが用いられる。小型埋植材の腐食減量がX線CT像より求めることができれば、有用である。そこで、X線CTデータ解析において、ヒストグラムからピークフィッティング法による試料体積の算出を検討した。ピークフィッティング法では、生体骨や腐食に伴い形成される不溶性塩や生体骨とMg合金試料を分離することができるため、定法の中間点法よりも精度高く体積減が推定できることが判明した。

新規性・独創性

・X線CTデータ解析にピークフィッティング法を適用した例はない
・詳細な解析が可能になり、生体分解性金属材料の分解・腐食挙動の詳細な解明に寄与
・生体吸収性冠動脈スキャフォールド(ステント)について、簡便な分解量推定が可能に―ブタ冠動脈内ではストラット(橋梁)が等方的に分解することを示唆

内容

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Mg合金試料の疑似体液浸漬後のX線CT画像およびヒストグラムの例を図1左に示す。ヒストグラムでは背景(空気)、試料に加え、腐食生成物に該当するピークが観察された。CT画像から、定法(中間点法)ならびにピークフィッティング法にて残存率を求め、重量減より求めた値と比較した結果を図1右に示す。中間点法よりもピークフィッティング法の結果の方が、重量減より求めた値とよく一致することが確認された。

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Mg合金製生体吸収性スキャフォールドのブタ冠動脈埋植後マイクロX線CT観察像の例を図2左に示す。スキャフォールドの残存率を中間点法ならびにピークフィッティング法にて求めた結果を図2右に示す。後者の結果はストラットの等方的分解を仮定した計算結果とよく一致し、埋植1か月で断面積が約8.5%減少することを示唆している。

まとめ

・ 疑似体液や疑似組織を用い、生体吸収性金属材料の生体内腐食特性を評価
・ マイクロX線CT画像を基にMg合金製デバイスの分解量推定手法を開発
・ in vitro評価法は低コスト・迅速・簡便な手法であり、より多くの候補材の評価を可能にし、新規医用材料やデバイス開発の加速に貢献

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