歯科医療における金属材料のニーズの現在と未来
澤瀬隆
平1)

曜 輔
2)である．

.

は じめに

口腔内は常に唾液の存在する湿潤環境にあり，また飲食物そのものや口腔内常在細菌の代謝産物により比較的大きな温歯科領域には様々な用途で金属材料が使用されてきた．金度変化や pH の変動に晒される．したがって歯冠修復材料と属の持つ強度や生体親和性，弾性，磁性など各種の特性を利しての金属材料には，物理的な硬さ，強度，耐久性に加え用した治療法が存在し，金属材料無しでは歯科治療は全く行て，化学的安定性，耐食性も求められる．さらに紙一枚の厚えないと言っても過言ではない．また歯科治療は，その多くみでさえも感知できる繊細な噛み合わせの調整や厳密な歯のがテーラーメイドの修復物を用いた医療であることから，金形態回復，修復物と残存歯質との緊密な適合のためには，高属の加工技術の開発と共に，金属材料の適用のされ方も変遷

い精度の加工性が必要不可欠である．

を遂げている．本稿では，歯科領域の具体的な治療法を紹介

そもそもヒトの歯の形は非常に複雑であり，さらに齲蝕のしながら金属材料の応用例と今後の開発が期待されるところ程度，大きさも二つとして同じものはないことから，金属にをまとめてみたい．

よる歯冠修復治療は，ロストワックス法による鋳造技術を応用した完全なテーラーメイド医療が実践されてきた(図)．

.


強度を求められる歯科領域の金属材料鋳造技術による金属製歯冠修復

鋳造により精密な修復物を製作するために，貴金属合金が使用されており，特に本邦では健康保険に採用されている
12 金銀パラジウム合金の使用頻度が高い．前歯部など審天然歯牙歯冠部最外層のエナメル質の 92 は無機質ハイ

美性を求められる部位においては，コンポジットレジンや焼ドロキシアパタイトで構成され，ヌープ硬さは“7”と石英成陶材など歯冠色の修復材料が使用されるが，これらの材料に匹敵する生体の中で最も硬い組織といわれている．人間にとって歯牙は，咀嚼や発音・発語を担い，外貌にも関わる重要な組織であるが，とりわけ咀嚼(食物を噛み砕く)に際しては，硬い歯によって，あらゆる食物を粉砕し，最大噛み締め時には，体重程の荷重に耐えることが強いられる．そしてそれが一生涯繰り返されることから，高い耐久性が必要となる．さらに人間は摂食によって栄養を摂取するだけでなく，「よく噛んで食べる」ことで心が満たされ，また力を出す時に「歯を食いしばる」というように，歯は運動機能の制御にも大きな役割を果たす．
このように様々な目的で重要な働きをする歯牙であるが，
ウ ショク

齲 蝕 や歯周病に代表される口腔内の感染症や，事故・外傷(図)などにより，歯の一部や歯そのものを失ってしまうと，再生することはない．したがって失った歯が持っていた機能を取り戻すためには，何らかの代替材料で補う必要がある．歯牙の代替材料，すなわち歯冠修復材料として，永年頻用されてきたのが，適度な硬さ，強度を兼ね備える金属材料

図 1 様々な歯の病態．
(a) 齲蝕細菌の代謝産物である有機酸により歯が脱灰している(b) 歯周病細菌感染により歯槽骨が吸収している(c) 外傷外傷による歯牙破折長崎大学大学院医歯薬学総合研究科口腔インプラント学分野1)教授，2)准教授(〒8528588 長崎市坂本 171)
Present and Future Requirments for Metallic Materials in Dentistry; Takashi Sawase, Yohsuke Taira (Nagasaki University Graduate
School of Biomedical Sciences, Department of Applied Prosthodontics, Nagasaki)
Keywords: dental materials, dental implant, restorative materials
2013年11月25日受理[doi:10.2320/materia.53.143]

ま て り あ 第53巻 第 4 号(2014)
Materia Japanも単独では臨床的に十分耐え得るだけの強度を持たないため，金属製フレームワークの表面にこれら歯冠色材料を装飾するといった形態をとることが多い(図)．

多い．
以上のように，歯の咀嚼機能を代替する歯冠修復物および大型の修復物に必要とされる，強度ならびに硬さ，耐久性，また歯冠修復だけではなく，鋳造技術は可撤性義歯のフレ耐食性，化学的安定性，適合性(精度)などの要件に応えてきームワークにも使用される．可撤性の義歯は堅牢さが求めらたのが，Au 合金や CoCr 合金を用いた鋳造修復物であり，れるため，曲げ強度の高い Co Cr 合金が使用されることが長きにわたって歯科領域のテーラーメイド医療を支える中心的存在であった．


CAD/CAM 技術の応用

21 世紀に入り，歯科における金属加工は，工業界から発信 さ れ た CAD / CAM 技 術 ( Computer-Aided-Design / Computer-Aided Manufacturing)によって大きな変革をもたらされている． CAD / CAM 技術が，歯冠修復で求められるミクロン単位の適合精度を達成し，臨床応用が現実的になると共に，従来の鋳造技術では適合精度や鋳造機の観点から Au 合金に見劣りしていた CoCr 合金や Ti 合金が，アウトソーシング化された CAM センターにおいて機械加工され，製作された修復物が診療所や技工所に送られて臨床に提供されるようになっている．さらに， CAD /CAM による歯冠修復物の加工は，修復材料そのものの性質にも新たな可能性を呈示している．従来 CoCr 合金や Ti 合金の鋳造による修復物は，
図2

ロストワックス法による歯冠修復(金属冠)の作製．( a ) 口腔内での支台歯形成 ( b ) 印象採得(c) 模型作製 (d) 型形成 (e) 埋没 (f) 遠心鋳造 (g) 研磨 (h) 装着

その製作過程で避けることが難しい鋳巣等の欠陥や埋没材との反応層の生成が問題であったが， CAD / CAM で切削加工，あるいは積層焼結加工されることにより，内部欠陥の少ない均質な修復物の製作が可能となっている．
鋳造から CAD/CAM への変化を後押ししているのが，貴金属価格の高騰(図)と歯科インプラント治療の普及である．鋳造技術においては，高い寸法精度を得るためには，金合金をはじめとする貴金属合金の使用が不可避であったが，歯科治療費が貴金属の相場に左右されるため，代替材料が長年にわたり希求されていた．また，後述するインプラント治療においては，インプラントそのものが大量生産可能な既製品であるため， CAD /CAM の応用が容易となる．今後この流れは一層促進されることと思われる．
CAD / CAM による歯冠修復物の作製は，金属材料だけでなく，ジルコニアに代表される新たな素材の臨床応用も可能にした．金属材料ではないため本稿では詳述を避けるが，ジルコニアはホワイトメタルとも称される曲げ強度 1000 MPa

図3




( a )前歯部での歯冠修復物．( b )鋳造により作製されたメタルフレームに硬質レジンや陶材が築盛され，(c)前歯部の審美性を回復する．

図4

貴金属小売り価格推移(田中貴金属ホームページより改変)精密鋳造に頻用される貴金属の高騰．

ミ ニ 特 集を越えるセラミックスで， CAD / CAM を用いて初めて精密加工が可能になった．本来透明感のない真っ白のセラミック

歯科インプラントの特徴

スであるが，近年半透明ジルコニアとして歯冠色に近似する整形外科領域の人工関節インプラントと異なり歯科インプよう改良が加えられ，割れない歯冠色修復材料として注目さラントの大きな特徴は，骨内から口腔粘膜を貫通し，生体外れている．と言える口腔内に突出することである．そもそも生体組織はさらに現在歯科領域では CAD/CAM に留まらず，口腔内常に外胚葉性の組織である皮膚や粘膜で覆われているが，歯スキャナー(図)をはじめとするデジタル化が急速に進行し科インプラントはこの原則を逸脱し，ある意味人工物によっている．最新のスキャナーは，小型化され，高解像度でカラて上皮の連続性を断つことで，成り立っている．すなわち歯ー表示が出来，数分で上顎や下顎の全ての歯のスキャンが完

科インプラントの成功のためには，創傷治癒の常態に反し了するといわれている．患者の苦痛も術者の手間もそして材た，病態を維持することが求められることになる．

料コストも大幅に削減でき，さらに多くの新素材の加工に必

生体の正常な異物反応に逆行するかのような歯科インプラ

要な形態情報をデジタルデータとして瞬時に得ることができ，ントは，すべからく構造的な欠陥がある．天然歯周組織におCAD / CAM と組み合わせて高品質な修復物を提供できるこ

いては図( a )に示されるように，歯肉粘膜結合組織のコラとから，これから飛躍的に普及することが予想される．

ーゲン繊維が歯根面に嵌合投錨したバイオロジカルシールにより細菌等の侵入を阻止する．これに対し，インプラントと.

生体親和性を求められる歯科領域の金属材料

周囲軟組織界面は，いわば寄り添うだけの接触であり，細菌感染に対する抵抗性が乏しい(図 6(b ))．そのため，インプ歯科領域における金属材料として，近年特に注目を集めてラントの生物学的併発症の 7 割は，インプラント周囲炎，いるのが歯科インプラント治療における純 Ti ならびに Ti

すなわちインプラント周囲の細菌感染症によるものであり，合金である．腫瘍等に伴う顎骨切除や外傷に伴う顎骨再建にインプラントの成功のためには，天然歯にも勝るプラークコ用いる Ti 製のプレートも，骨組織と接合する Ti の生体親ントロールが重要とされている．

和性に負うところが大きい． Ti の生体親和性の本質は，最歯科インプラントのもう一つの特徴は，インプラントと骨表層に形成される不動態膜ともいわれる酸化膜による． Tiが密接に接合すること，すなわちオッセオインテグレーショ酸化膜は緻密かつ強固に被覆し，これにより Ti は例え過酷ンを達成することである．天然歯根の周囲には歯根と歯槽骨な塩素イオンの存在下であっても良好な耐食性を示す．従来，との間に，歯根膜という 100 mm 程の軟組織が介在し(図 6Ti の生体親和性は，耐食性が良く，化学的にも安定である(a)矢頭)，歯根膜内の血流が周囲の免疫や創傷治癒に大きくこと，すなわちパッシブであることから，骨組織が近接し接寄与し，また歯根膜を横断するコラーゲン繊維が歯牙にかか合できるとされていた．しかしその後の研究から， Ti 表面る荷重に対して，一種のショックアブソーバーの働きをすの酸化膜は，化学的に安定なだけではなく，骨組織との結合る．歯科インプラントにはこの歯根膜が存在しないため(図を得るのに十分な誘電率を有しており，疑似体液中で能動的6(b)矢頭)，上述の易感染性をもたらすばかりでなく，最大にリン酸カルシウムの沈着を示すことが報告され，現在では噛みしめ時には自らの体重程もかかる荷重が直接顎骨に伝達

Ti は骨組織との接合においてアクティブな材料と認識されされることになり，過大な応力集中によってインプラント支ている．

図5

口腔内スキャナーによる歯牙のデジタルインプ
レッションと CAD ．( a )口腔内スキャナーにより撮影された 3 次元情報を元にコンピュータ上でデザインする．(b )最終的に CAM に送られ修復物が作製される．

ま て り あ 第53巻 第 4 号(2014)
Materia Japan

図6

天然歯( a )とインプラント( b )の歯肉貫通部研磨
標本．矢頭天然歯には骨組織と歯根の間に歯根膜が存在するが，インプラントは骨組織と直接接合する．



持骨の吸収をもたらす要因となり得る．


材料学的に見た歯科インプラントの現在と未来(形状)が大きく注目されている．テーパー形状は骨の中にスムーズにインプラントを挿入することができ，また挿入したインプラントが骨の中でガタつかないような皮質骨での確実 材質，◯

インプラントの材料学的な重要事項(1)である，◯な固定を容易に達成することができる．インプラントに付与 デザインの 3 項目に沿って，インプラント材表面性状，◯されるネジ山の高さや，角度，ピッチにも構造力学に根ざしの変遷と未来への展望を考えてみたい．

た改良が試みられている(7)．歯科インプラントは， 600 回/

◯Implant material(インプラントの材質)

歯科インプラント材の主流となっているのは，純 Ti である．一部のシステムには，より強度の高い Ti 合金が使用されており，またより高い骨親和性のためにハイドロキシアパタイトでコーティングされたインプラントも存在する．現在本邦では未承認ではあるが，欧米では純 Ti と同等の生体親和性を担保しながら強度が高いことで注目されている， Ti
Zr 合金やジルコニアも実用化されている．
◯Implant finish(インプラント表面性状)

日 ， 最 大 咬 合 圧 約 600 N と も さ れ る 咬 合 圧 に 晒 さ れ 続 ける．加えて歯根膜というショックアブソーバーがないため，荷重が直接骨へ伝達される．過大な応力集中は骨吸収を招き，インプラントの失敗に繋がるため，インプラントには適切な応力の分散を図るデザインが望まれる．いくつかのインプラントシステムに採用されているマイクロスレッド構造
は，荷重下インプラントの辺縁骨への応力集中を分散させ，インプラント辺縁骨の維持に大きく貢献しているといわれている(8)．Nakano ら(9)は，荷重を受けた骨組織は，骨細胞，コラーゲン線維(Col)ならびに生体アパタイト結晶(BAp)なオッセオインテグレーテッドインプラントの創生期，機械どで構成される骨微細構造(骨質)を変化させることを報告

加工表面やチタンプラズマスプレーなど，比較的平滑な面かし，整形外科領域における人工関節ステムにある種の表面溝ら粗い表面まで様々であったが，やがてある一定の表面粗さ加工を施すことで主応力付加を積極的に促進し，さらに良好がオッセオインテグレーションに有効であることが示唆されな骨質の誘導を図ることができると報告している．今後歯科た(2)．細胞が接着する足場となる生体材料の表面形状は細胞インプラントにも荷重を意識した意匠デザインが反映される形態に影響を与え，細胞行動を規制し，かつ骨形成関連タンものと期待される．

パクの発現を亢進するといわれている．またインプラント表面での骨形成を促進するともいわれており，最適な表面粗さ.

弾性・磁性を求められる歯科領域の金属材料の存在を肯定している．現在では，ブラスト，酸エッチン
グ，陽極酸化など粗面を付与する方法に違いはあるものの，金属の特徴である弾性を利用した歯科材料がある．歯列矯

そのほとんどは中等度( Sa 値 1.0 ～ 2.0 mm )の粗さが採用さ

正のワイヤーがその代表であるが，部分床義歯(部分入れ歯)れている(2)．の金属鉤(図)も，歯のくびれた部分に入り込むことによ

近年では第 2 世代の表面改質インプラントが上市されてり，義歯を外れにくくする．矯正用ワイヤーは治療が進むにいる．親水性を付与したインプラントや(3)．また，低濃度のつれ，数種類の弾性率を持つワイヤーを交換して用いる．特フッ酸で処理することで，化学的にインプラントと骨との結に治療の初期段階で使用されることが多い Ni Ti ワイヤー合を促すことが示されている．
さらに第 3 世代のインプラント表面改質として， Boneは超弾性ワイヤーとして高い治療効果を発揮し頻用されるが，Ni は金属アレルギーを引き起こしやすいところが問題点でmorphogenetic protein(BMP)や Fibroblast growth factor( FGF )をはじめとするインプラント周囲への骨形成を積極的に促すサイトカインの応用が，研究レベルで積極的に進められている(4)．サイトカインの適用方法や徐放システム，また費用対効果の観点など解決すべき問題はあるが，近い将来臨床に供されることが期待されるところである．
インプラントの表面改質はオッセオインテグレーションの亢進のみではなく，インプラントの弱点である脆弱なバイオロジカルシールの改善に関しても試みられており，数ミクロンの微細なレーザー加工を施し，コラーゲン繊維が貫入することを促すインプラント(5)や，また研究レベルでは，接着タンパクをコーティングすることで化学的に接合を高める試みや，逆にプラークの付着を阻害するような化学的表面改質も試みられている(6)．
◯Implant design(インプラントデザイン)

近年，表面性状とともにインプラントの(マクロ)デザイン




図7

部分床義歯の一例(矢頭が金属鉤)．
義歯の表面( a )と裏面( b )．口腔内に装着されると(c)金属鉤が歯牙のアンダーカットに入り鉤の弾性により維持力を発揮する．

ミ ニ 特 集ある．持続的でかつ比較的大きな弾性力を有するのは金属材

文料の大きな利点であり，他の材料では得られない特性であ献る．しかし歯列矯正用ワイヤーも部分床義歯の金属鉤も金属色を呈するため，審美性に関して臨床的にいまだ不満の残るところもある．
ユニークな金属の特性の歯科への応用に，義歯アタッチメントへの磁力の応用がある．現在では小型で高い磁力を有する Nd Fe 磁石が応用され，これを義歯の中に組み込み，歯根にフェライト系のステンレス鋼を装着して義歯の維持力を発揮させている．このような磁性アタッチメントは歯根に対して垂直的には義歯が外れないだけの維持力を発揮する．一方水平的には吸引力を示さず，かつ着力点を低くすることができるため，歯を横に動かす力が減り，歯牙に対しては愛護的で臨床において有効性が高い．しかし近年の高磁力 MRI検査では，通常磁力を有さない磁性体金属が磁場の中で磁石となり，局所的ではあるが，MR 画像にアーチファクトを引き起こすことが問題視されている．

.

最後に( 1 ) T. Albrektsson, P. I. Brånemark, H. A. Hansson and J.
Lindstr äom: Acta Orthop. Scand., 52(1981), 155170.
( 2 ) A. Wennerberg and T. Albrektsson: Clin. Oral Impl. Res., 20(2009), 172184.
( 3 ) A. A. Balshe, D. A. Assad, S. E. Eckert, S. Koka and A. L.
Weaver: Int. J. Oral Maxillofac Implants, 24(2009), 1113
1118.
( 4 ) R. Junker, A. Dimakis, M. Thoneick and J. A. Jansen: Clin.
Oral Impl. Res., 20(2009), 185206.
( 5 ) M. Nevins, L. Gobbato, H. J. Lee, C. W. Wang and D. M. Kim:
Int. J. Periodontics Restorative Dent., 33(2013), 261267.
( 6 ) R. Jimbo, T. Sawase, Y. Shibata, K. Hirata, Y. Hishikawa, Y.
Tanaka, K. Bessho, T. Ikeda and M. Atsuta: Biomaterials, 28(2007), 34693477.
( 7 ) T. Irinakis and C. Wiebe: J. Oral Implantol., 35(2009), 277
282.
( 8 ) D. W. Lee, Y. S. Choi, K. H. Park, C. S. Kim and I. S. Moon:
Clin. Oral Implants Res., 18(2007), 465470.
( 9 ) Y. Noyama, T. Nakano, T. Ishimoto, T. Sakai and H. Yoshikawa: Bone, 52(2013), 659667.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★に欠くことのできない材料となっている．今後は，材料の複澤瀬 隆
1993年 長崎大学大学院歯学研究科修了
1996年 スウェーデンイエテボリ大学生体材料研究所客員研究員
2004年 長崎大学大学院医歯薬学総合研究科准教授
現職
2009年 1 月専門分野歯科補綴学，口腔インプラント学◎歯科材料・生体材料の表面改質，生体親和性の評価，歯科インプラントの開発に従事．

合化や機能化，そしてさらなる新素材の開発による，審美性★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

金属材料の歯科利用について，必要とされる金属の特性に応じた例を述べてきた．各種純金属や合金が，様々な歯科臨床におけるニーズに応じて取捨選択され，現在では歯科治療へのチャレンジと生体親和性の向上が期待されるところである．

澤瀬

ま て り あ 第53巻 第 4 号(2014)
Materia Japan隆平曜輔