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低弾性率チタン合金製プレートによる家兎脛骨骨切り部の骨癒合促進効果

伊東 健太郎 東北大学

2022.03.25

概要

【背景】プレートは骨折治療の内固定用インプラントとして広く用いられている.骨片間の動きはインプラントの剛性に依存するが,プレートの素材となる金属材料の最適な弾性率はまだ明らかではない.現在最も使用されている金属材料である Ti-6Al- 4V 合金(以下 Ti6Al4V 合金)のヤング率は 110 gigapascal: GPa と高い.我々のグループでは,ヒト皮質骨のヤング率(11—20 GPa)に極めて近い約 40 GPa の Ti-33.6Nb-4Sn合金(以下 TiNbSn 合金)を開発した.本研究の目的は,TiNbSn 合金製プレートと Ti6Al4V 合金製のプレートで固定した家兎脛骨骨切りモデルの骨癒合過程と骨強度の違いを調査し,TiNbSn 合金製プレートの骨癒合促進効果を検証することである.

【方法】TiNbSn 合金製(49.1 GPa)と Ti6Al4V 合金製(110.0 GPa)の 8 穴プレートを用意した.家兎の右脛骨にプレートを設置し,スクリュー6 本で固定した後,線鋸で骨切りし,1 mm 分の間隙を作成した.術後 4,8 週で安楽死させ,右脛骨を摘出した.マイクロ computed tomography(CT)を撮影し,仮骨体積と仮骨架橋幅を計測した.同時期に 3 点曲げ試験で最大荷重と剛性を計測した.また術後 4 週時点の組織学的評価を行った.

【結果】偽関節やインプラントの破損は見られなかった.術後 4 週でのマイクロ CTによる仮骨評価では仮骨体積と仮骨架橋幅ともに TiNbSn 合金で有意に大きかった.術後 4 週の組織学的評価では TiNbSn 合金で新生骨形成が促進され,オステオカルシン陽性細胞数も多かった.術後 4 週の 3 点曲げ試験では,最大荷重,剛性ともに TiNbSn 合金で有意に大きかった.

【結論】家兎脛骨骨切りモデルにおいて,低ヤング率の特徴を有する TiNbSn 合金製プレートの方が早期に骨癒合を促進し,骨切り部の強度を高めることが明らかとなった.TiNbSn 合金製は従来のプレートに比べて,骨癒合を早期に完成させる骨折治療材料として使用できる可能性がある.

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