有機・無機複合人工骨補填材料（アパタイト／コラーゲン人工骨補填材料）（2013 年～現在）

生体骨は水酸アパタイトを含む無機物とコラーゲンを主とした有機物の複合体である．
その構造は単なる混合物ではなく，コラーゲン分子が集合してできたコラーゲン繊維のKey-words： 水 酸 ア
パタイト，コラーゲン，
人工骨

周囲に水酸アパタイトの c 軸が繊維軸方向に配列した構造を有している．このナノ構造を実現した人工骨が 2013 年より使用されるようになった．現在実用化されているアパ
タイト／コラーゲン人工骨は気孔率 95％の多孔質状であり，湿潤状態でスポンジ状の弾性を示すことから，骨欠損部へ補填しやすく，操作性に優れている．また，生体骨と類似のナノ構造を有することから，骨のリモデリングプロセスに取り込まれ，優れた骨形成能を有することが示され，整形外科や歯科口腔外科を中心に利用されている．さらに，シート状やペースト状にする研究も進められており，まだ満たされていない医療ニーズに応えるべく，今後のさらなる展開が期待できる．
1．製品適用分野せて広く臨床使用されるようになった．

人工骨

3．製品の特徴
2．適用分野の背景

現在製品化されている HAp／Col 人工骨には大き1980 年代に生体骨の無機質主成分である水酸ア

く 3 つの特徴がある 2）．

パタイト（HAp）人工骨が製品化された．その後，①生体骨類似の構造・組成

1990 年代後半には骨内で吸収され生体骨に置換す

生体骨は Col 分子が集合してできた Col 繊維の周るβ型リン酸三カルシウム（β TCP）やα型リン酸囲に，六方晶系である HAp の c 軸が繊維軸方向に三カルシウム（α TCP）の水和硬化を応用した生体配列した構造を有している．この構造体は，温度活性骨ペースト（リン酸カルシウムセメント）が製40 ℃，pH 9 で，水酸化カルシウム懸濁液とリン酸品化された．これら人工骨は，それぞれの特徴を活を含む Col 溶液を混合攪拌することで人工的に合成かし，人工骨補填材料として臨床使用されている．

でき，得られた HAp／Col 複合繊維は Col 繊維に沿っ一方，生体骨は HAp を含む無機物とコラーゲンて HAp のナノ結晶が配列した構造を有しているこ（Col）を主とした有機物の複合体である．この組成とが確かめられている．また，HAp と Col の組成比を再現するため，HAp と Col を混合した複合体の研（重量比）は生体骨に近い 80：20 で調整されており，究が行われてきたが，Kikuchi らは骨の一次構造でナノレベルでの生体骨組織構造と組成比が再現されある HAp のナノ結晶と Col 繊維が配向したナノ構ている．

造に注目し，骨類似構造を有する有機・無機複合材② フレキシブルな操作性料（HAp／Col 人工骨）の開発に成功し，人工骨とHAp／Col 複合繊維に生理食塩水などを加えゲル1）しての有効性を報告した ．この技術を応用し，生化 し， 一 定 の 条 件 で 凍 結 乾 燥 す る こ と で 均 質 な

体骨類似構造とスポンジ状の弾力性を示す人工骨がHAp／Col 多孔体人工骨を作製することができる．

実用化され，セラミックス単一組成の人工骨と合わ

この多孔体は図 1 に示すように，湿潤状態でスポンジのような弾力性を有することから，周囲の骨と隙間なく補填することができるため，母床骨との密着性がよく，骨伝導による骨形成を阻害しない．さらに，顆粒状のセラミックス人工骨のように補填時に周囲に飛散することなく使用することができるな

湿潤時

図1

HAp／Col 多孔体人工骨の操作性湿潤状態でスポンジ状の弾力性を示す．

ど，操作性に優れている．
③ 生体内での吸収・骨置換特性
図 2 に HAp／Col 多孔体人工骨の気孔構造を示す．
100～500 μm 程度の気孔を有することで，生体内© 日本セラミックス協会
698

セラミックス58（2023）No. 10

外観

気孔構造

1.5mm

図2

HAp ／ Col 多孔体人工骨の外観と気孔構造

気孔率約 95％，100～500 μm の気孔を有する．

>>

埋植4週拡⼤埋植4週

図3□：人工骨埋植部位 ●：骨髄細胞→：破骨細胞▼：新生骨＞：骨芽細胞
＊：材料

埋植26週

骨内埋植試験結果

4 週：人工骨内部へと細胞が侵入し，破骨細胞による材料の吸収および骨芽細胞の活性化に伴う骨形成が認められる．
26 週：人工骨は完全に吸収され，自家骨組織へ置き換わっていることが確認できる．

での細胞の取り込みや血管組織の導入を促し，速や性能が評価された結果である．この HAp／Col 複合

かな骨形成や吸収・骨置換特性を示す． これは，繊維を原材料とし製法を変えることで，気孔率を下ISO10993-6 を参考に社内倫理委員会承認のもとでげたもの，ろ紙のようなシート状のもの，注入可能

行った骨内埋植試験結果から確認できる． 図 3 になペースト状のものなどの製品形態への応用が考え示す通り，埋植 4 週目で HAp／Col 多孔体人工骨内られる 4）．有機・無機複合人工骨はセラミックス単部への細胞が侵入し，破骨細胞による材料の貪食お一組成の人工骨では達成できなかった製品仕様へよび骨芽細胞の活性化に伴う骨形成が認められた．の 応用が可能であり， 患者様の QOL（Quality of

この反応は自家骨（自分の骨）を移植した際に見らlife；生活の質／人間らしい充実感・満足感を持っれる骨リモデリング注1） プロセスと同様である．さて生活を送ることが出来ているかを図る尺度）のさらに埋植 26 週目では，移植した材料は完全に吸収らなる向上と，まだ満たされていない医療ニーズにされ，生体骨組織と置換していることが分かる．

応えるべく製品開発が期待できる．

4． 現在・将来展望

文献1）M. Kikuchi, S. Itoh, S. Ichinose, K. Shinomiya and J. Tanaka,

HAp／Col 多孔体人工骨は，医療機器 GCP

注2）（医療機器の臨床試験実施に関する基準）にしたがって実施した臨床試験によって有効性が示され，整形外科領域を中心に広く使用されている 3）．また，歯科

Biomaterials, 22, 1705-1711（2001）．
2）望月直美，細胞，45, 31-33（2013）．
3）早乙女進一，阿江啓介，松本誠一，新井嘉容，真鍋淳，他，臨整外，50, 959-966（2015）．
4）菊池正紀，セラミックス，52, 401-404（2017）．

注1 生 体 の 骨 は 常に，破骨（はこつ）細胞によって古い骨が壊され，骨芽（こつが）細胞によって新しい骨が作られている．この2 つの細胞による骨の代謝をリモデリングという．
注2 Goo d ClinicalPractice の略で，医療機器の治験を実施する際に企業や医療機関が守るべき基準をまとめた省令．

口腔外科領域でも骨形成の有効性が評価されている．
これは，生体骨組織と類似したナノ構造を持つことで，自家骨と同様の骨リモデリングプロセスを経て骨形成，吸収・骨置換特性を示すこと，また，スポンジ状の弾力性を有し，操作性に優れるという製品

セラミックス58（2023）No. 10［連絡先］ 中島 武彦（なかじま たけひこ）
HOYA Technosurgical 株式会社〒 160-0004 東京都新宿区四谷 4-28-4
エンサインビル

YKB699