日補綴会誌 Ann Jpn Prosthodont Soc 11 : 187-192, 2019

依 頼 論 文◆企画：日本補綴歯科学会学術賞受賞記念論文

教室におけるインプラント補綴学に関連した生物学的研究の展開
古谷野潔

Development and achievement of biologic researches on implant prosthodontics in our section
Kiyoshi Koyano, DDS, PhD

抄録
本学会に学術賞が新設され，その第１回の受賞者として表彰される栄誉に浴した．この機に本会誌への総説論文執筆のご下命をいただいたので，当教室で行ってきた研究を紹介したい．
私は下顎運動，顎機能関連の研究から研究者としてキャリアをスタートしたが，教授就任以後インプラント関連の研究も進めてきた．今回は，教室におけるインプラントに関連する生物学的研究の展開とその成果の一端を紹介する．具体的には，1. インプラント周囲軟組織に関する研究，2. スタチン系脂質異常症治療薬の骨および軟組織に対する効果に関する研究，3. 人工骨補填材に関する研究，4. 間葉系幹細胞に関する研究について紹介する．
キーワード
インプラント，インプラント周囲軟組織，スタチン，未分化間葉系幹細胞，人工骨補填材

室の研究の主軸の一つは顎運動・顎機能解析であり，現在までに約 100 名の大学院生の学位指導を行ってきたが，そのうち約 30 名は，顎運動・顎機能解析をテーマとした研究であった．これらの研究は主に補綴誌，あるいは補綴関連の国際誌に掲載された（ページの制限もあり文献は省略する）．中でも 2006 年にJournal of Oral Rehabilitation に掲載された論文では，スタビライゼーションスプリント，咬合に変化を与えないパラタルスプリントのいずれもがブラキシズム低減効果を有し，またいずれの装置を用いても効果は長期間持続しないことを報告した．本論文は 76 回の引用を数え，当教室の顎機能関連原著論文で最も多く引用されている 2）．これらの研究の蓄積により，2013 年に Frank Lobbezoo らによるブラキシズムの定義とグレードシステムに関する国際コンセンサス論文に名を連ねることとなった 3）．本論文は 320 回の被引用回数を数え，Clarivate Analytics 社の Web of
Science において Clinical Medicine 分野の高被引用文献（分野の上位 1% にランクされる被引用回数が対Ⅰ．はじめに今般，補綴学の教室を主宰して 21 年目にあたる
2018 年に日本補綴歯科学会学術賞という大変名誉な賞を受賞させていただいた．これまでに直接御指導いただいた多くの先生方や文献を通して知見を深めてくれた世界中の研究者，さらには研究を支えてくれた教室員に感謝の意を表するとともに，これを機に当教室で行ってきた研究について振り返ってみたい．
1971 年に九州大学歯学部歯科補綴学第二講座初代教授として末次恒夫先生が着任された．末次先生は東京医科歯科大学・石原寿郎先生門下であったこともあり，当初の教室の研究の軸は顎機能，特に顎運動解析であった．私は 1983 年に大学院歯学研究科に入学し，末次先生の指導の下，顎運動解析システムの構築やコンピュータによる解析手法の開発を行い，補綴誌に論文「後方運動時の下顎の三次元動態」を投稿して歯学博士の学位を取得した 1）．それ以降も現在まで教九州大学大学院歯学研究院口腔機能修復学講座インプラント・義歯補綴学分野，クラウンブリッジ補綴学分野
Section of Implant and Rehabilitative Dentistry and Section of Fixed Prosthodontics, Division of Oral Rehabilitation,
Faculty of Dental Science, Kyushu University

187

日補綴会誌

188

Nt

11 巻 3 号（2019）

ContCa-HT

図 1 塩化カルシウム存在下で水熱処理したチタンインプラントをラット口腔内に埋入し，horseradish peroxidase（HRP）をインプラント周囲溝に滴下し，浸透度を可視化した（矢印）．天然歯（Nt）と比較して未処理インプラント（Cont）では HRP をインプラント周囲軟組織深部まで透過させてしまうが，カルシウム水熱処理インプラント（Ca-HT）では天然歯と同レベルまで HRP の浸透を阻止している．

象）に認定されている．近年では，顎機能では特に偏咀嚼に注目し，研究を進めている 4, 5）．
教授就任後は顎機能解析に加えて，インプラントの臨床研究および臨床に直結した in vitro・in silico 研
究およびバイオロジカルな手法を用いた研究を主なテーマとして研究活動を行ってきた．前者はインプラントに纏わる力学的事象を模型実験，あるいは有限要素解析を用いて解明する研究であり 6–8），近年ではさらに動物実験を加えて力学的事象の解明を試みていインプラントを中心に，る 9, 10）．バイオロジカル研究は，骨および軟組織に関する臨床的ニーズや疑問を解明していく姿勢で研究を構築している．本稿では，当教室におけるバイオロジカル研究を主に紹介する．

Ⅱ．インプラント周囲軟組織に関する研究
インプラント周囲と天然歯周囲の歯肉について，特にエナメル質とチタンに対する軟組織の付着様式の相違や，それぞれの軟組織封鎖能についてはほとんど知られていなかった．われわれのグループでは，九州大学大学院歯学研究院（以下，本研究院）の解剖学教室と協同して 1996 年にラット上顎歯槽部にチタンインプラントを埋入するモデルを構築し，歯肉とチタンインプラントの関係についての検討を開始した．その結果 , チタンインプラントと歯肉上皮の間には基底膜が形成され，ヘミデスモゾーム結合が構築されるものの，天然歯と異なり上皮付着の最深部に限られること , イ

ンプラント周囲歯肉は天然歯と比較して軟組織封鎖性が著しく劣り，外来物質を歯周ポケットから容易に歯肉結合組織へ透過させることを報告した 11, 12）．インプラント周囲に基底膜やヘミデスモゾームが形成されることを透過型電子顕微鏡を用いて明確に示したのは本論文が世界で初めてであり，現在では歯科衛生士教育課程で使用される教科書にも掲載されている．
この研究結果を踏まえて，インプラントに対する軟組織封鎖性を向上させればインプラントの予知性向上に寄与できると考え，種々の検討を行った．その結果，インプラント周囲上皮のチタンへの接着に PI3 キナー
ゼ /Akt シグナル伝達系が重要な役割を果たしていること 13），PI3 キナーゼと共役するインシュリン様成長因子Ｉがインプラント周囲上皮のチタンに対する接着能をエナメル質に対する接着と同レベルまで向上させることを明らかにした 14）．
その後，本研究院の生体材料学教室との共同研究で，塩化カルシウム水溶液でチタンを 24 時間，200℃で水熱処理するとチタンの骨伝導能が飛躍的に高まることを報告した 15）．このことより，チタン表面の二価陽イオンがチタンと歯肉の接着性や外来物質に対する封鎖能を向上させる可能性があると考え，研究を開始した．その結果，同処理がインプラント周囲歯肉の接着能や封鎖性を向上させることや 16），塩化マグネシウムを用いても同様の効果が得られること 17）を細胞実験や動物実験にて証明した（図 1）．
その他，この分野の知見の蓄積として，プラット

教室におけるインプラント補綴学に関連した生物学的研究の展開

189

図 2 ラット脛骨にチタンインプラントを埋入し，スタチンを投与した．この部位の骨髄腔には通常海綿骨は存在しないが，スタチン投与によってインプラント周囲に多量の骨が形成されている．

フォームスイッチした歯肉貫通部形状をもつインプラントの方がインプラント周囲上皮のダウングロースを阻止し外来因子の侵入を防ぐこと18）やサンドブラスト＆酸処理面より機械研磨面の方が軟組織接着性や封鎖性が高く，細胞のアポトーシスを誘導しにくい 19）が，マイクログルーブ形状は線維芽細胞をグルーブに沿って整列させることによって細胞密度を高める効果があること 20）を報告し，これまでの所見を総説としてまとめ，Journal of Prosthodontic Research 誌に報告した 21）．最近では，歯肉貫通部材料として用いられるようになってきたジルコニアの軟組織接着性，封鎖性について検討し，ジルコニアの方がチタンより上皮付着が弱く，培養上皮細胞における接着関連タンパクの発現も低いことを報告した 22）．

Ⅲ．スタチン系脂質異常症治療薬の骨および軟組織に対する効果に関する研究
1999 年にスタチン系脂質異常症治療薬の骨形成促進効果が報告され，当教室ではこれをインプラント周囲骨形成促進に用いる可能性について検討することとし，2004 年に最初の論文が Clinical Oral Implants
Research に掲載された 23）．この論文ではラット脛骨にチタンインプラントを埋入し，シンバスタチンを腹腔内に毎日注射することによってインプラント周囲に大量の骨を形成させることができたが，骨形成を誘導するにはラットにヒト成人の一日量を毎日投与する必要があったため，適切なドラッグデリバリーシステム（DDS）を用いて薬剤の減量を図ることとした．その結果，体重換算でヒトに投与する一日量と同じ量を，しかも単回投与で骨形成させることに成功した 24–26）（図 2）．また，インプラント治療において難易度が高い垂直的骨造成に着目し，スタチンによる非侵襲的な垂直的骨造成の可能性を検討した．その結果，適切なDDS を用いて，切開や骨補填材の移植等を一切行わずに注射のみで骨の厚みを増大させることにラットで成功した 27）．
次に，スタチンの多様な生態に対する効果に鑑み，抜歯窩の治癒機転に対するスタチンの影響に関する研究を行った．その結果，スタチンは抜歯窩の骨形成を促進するのみならず，上皮細胞，線維芽細胞の増殖や移動を促進することが明らかになり 28），スタチンのポケットプリザベーションへの応用の可能性が示唆された．
（後スタチン関連では，この他骨補填材との併用 29）
述）や，吸収性 GBR 膜との併用効果の検討を行っている 30）．

Ⅳ．人工骨補填材に関する研究
本研究院生体材料学教室の石川邦夫教授が実施された炭酸アパタイト（COAp）製骨補填材の開発に一部関与した 31, 32）．この材料に対する薬機法の認可を取得するための治験にも参加し，「国内初のインプラント適用が認められた骨補填材」としてサイトランスグラ

日補綴会誌190

11 巻 3 号（2019）

Bar=1000μm

Cont

MRONJ

c-MSC(+)

d-MSC(+)

Bar=150μm

図 3 マウス臼歯抜去 14 日後の抜歯窩．非 MRONJ 群（Cont）では上皮の連続性が完全に回復しているが，MRONJ モデルでは上皮の連続性は回復せず，壊死した骨や炎症細胞の浸潤が見られる．MRONJ 発症後健全マウスから採取した MSC を静脈投与した群（c-MSC(+)）
では，上皮の連続性が完全に回復しているが，MRONJ マウスから採取した MSC を投与しても（d-MSC(+)），上皮の連続性は回復せず，骨の露出を認める．（Matsuura Y, Atsuta I,
Ayukawa Y, Yamaza T, Kondo R, Takahashi A et al. Therapeutic interactions between
mesenchymal stem cells for healing medication-related osteonecrosis of the jaw. Stem
Cell Res Ther 2016; 7: 119.（published by BioMed Central Ltd.）より引用）

ニュールという名称で株式会社ジーシーから発売された．本研究室では，COAp とスタチンの併用効果について研究し，スタチン含有 COAp が COAp 単体，ス
タチン含有ハイドロキシアパタイト（HA），HA 単体より抜歯窩の治癒を促進することを 2018 年に報告した 29）．
また，九州大学応用力学研究所との協同研究で，骨補填材候補材料としての多孔質ポリ乳酸 -HA 複合体の試作と骨組織に対する良好な反応について報告した 33）．

Ⅴ．間葉系幹細胞に関する研究教室の熱田生（現，本研究院歯科先端医療評価・開発学講座准教授）が米国留学中に得た幹細胞研究のノウハウを基盤として，当教室でも 2011 年から未分化間葉系幹細胞（MSC）の研究を開始した．MSC 研究はそれまでにも解剖学教室に出向した大学院生による，MSC 投与によるアジュバント関節炎の治療の研究があり 34），当教室で進める MSC 研究も再生ではな
く治療にターゲットを絞ったものとした．まず，当教室で確立していたラット口腔インプラントモデルを用いて，インプラント周囲軟組織の封鎖性に対するMSC の効果を検証した．その結果，MSC の全身投与によってインプラント周囲軟組織の封鎖性が向上することが明らかになった 35）．同様のモデルでも，MSCの局所投与では注射箇所からインプラント周囲に効果的に MSC が移動しがたいことも明らかになった 36）．
次に，現在歯科の分野で最大の問題の一つとなっている薬剤関連顎骨壊死（MRONJ）に対する MSC 投与の効果の研究に着手した．その結果として，MSCを MRONJ 発症マウスの尾静脈から全身投与することによって，MRONJ 症状を治癒しうること，その過程で障害を受けているホスト MSC と投与した健全なMSC 間で細胞内小器官の交換が起こっており，これ（図が MSC の治癒効果を高めていることを示した 37）
3）．

Ⅵ．最後に以上に紹介した研究以外にも，当教室では多血小板血漿に関する基礎的・臨床的研究，インプラントに関連した細菌学的研究，さらには欠損補綴治療に関わる臨床研究などを行っているが，与えていただいた字数
内では，残念ながら紹介しきれない．今回紹介した研究を主導してくれた鮎川保則准教授をはじめ，これまでの研究活動に協力していただいた歴代の教室員ならびに関係諸氏にあらためて感謝するとともに，今後も教室におけるインプラント補綴学に関連した生物学的研究の展開

歯科補綴学の発展に資する研究活動を進めていきたいと考えている．
文献1） 古谷野 潔．後方運動時の下顎の三次元動態．補綴誌
1987；31：805–818．
2） Harada T, Ichiki R, Tsukiyama Y, Koyano K. The effectof oral splint devices on sleep bruxism: a 6-week
observation with an ambulatory electromyographic
recording device. J Oral Rehabil 2006; 33: 482–488.
3） Lobbezoo F, Ahlberg J, Glaros AG, Kato T, Koyano
K, Lavigne GJ et al. Bruxism defined and graded：aninternational consensus. J Oral Rehabil 2013; 40: 2–4.
4） Yamasaki Y, Kuwatsuru R, Tsukiyama Y, Matsumoto
H, Oki K, Koyano K. Objective assessment of actual
chewing side by measurement of bilateral massetermuscle electromyography. Arch Oral Biol 2015; 60:1756–1762.
5） Iwashita H, Tsukiyama Y, Kori H, Kuwatsuru R,Yamasaki Y, Koyano K. Comparative cross-sectional
study of masticatory performance and mastication
predominance for patients with missing posterior
teeth. J Prosthodont Res 2014; 58: 223–229.
6） Matsuzaki M, Ayukawa Y, Sakai N, Matsuzaki T,Matsushita Y, Koyano K. A comparison of the periimplant bone stress generated by the preload withscrew tightening between ‘bonded’ and ‘contact’model. Comput Methods Biomech Biomed Engin
2017; 20: 393–402.
7） Gao J, Matsushita Y, Esaki D, Matsuzaki T, Koyano K.
Comparative stress analysis of delayed and immediateloading of a single implant in an edentulous maxilla
model. J Dent Biomech 2014; 5: 1758736014533982.
8） 都留朋子，江崎大輔，松崎達哉，松下恭之, 築山能大，古谷野 潔．下顎インプラントオーバーデンチャーのア
タッチメントの違いが粘膜部応力に与える力学的影響．
日口腔インプラント誌 2017；30：278–286．
9） Esaki D, Matsushita Y, Ayukawa Y, Sakai N, Sawae Y,Koyano K. Relationship between magnitude of immediate loading and peri-implant osteogenesis in dogs.
Clin Oral Implants Res 2012; 23: 1290–1296.
10） Matsuzaki T, Ayukawa Y, Matsushita Y, Sakai N,
Matsuzaki M, Masuzaki T et al. Effect of post-osseointegration loading magnitude on the dynamics ofperi-implant bone: a finite element analysis and invivo study. J Prosthodont Res 2019; in press.
11） Ikeda H, Shiraiwa M, Yamaza T, Yoshinari M, Kido
MA, Ayukawa Y et al. Difference in penetration ofhorseradish peroxidase tracer as a foreign substanceinto the peri-implant or junctional epithelium of rat
gingivae. Clin Oral Implants Res 2002; 13: 243–251.
12） Ikeda H, Yamaza T, Yoshinari M, Ohsaki Y, Ayukawa
Y, Kido MA et al. Ultrastructural and immunoelectron
microscopic studies of the peri-implant epitheliumimplant (Ti-6Al-4V) interface of rat maxilla. J Periodontol 2000; 71: 961–973.
13） Atsuta I, Ayukawa Y, Yamaza T, Furuhashi A, Koyano

191

K. The role of phosphoinositide 3-kinase in adhesionof oral epithelial cells to titanium. Arch Oral Biol
2013; 58: 1696–1708.
14） Atsuta I, Ayukawa Y, Furuhashi A, Yamaza T,Tsukiyama Y, Koyano K. Promotive effect of insulinlike growth factor-1 for epithelial sealing to titanium
implants. J Biomed Mater Res A 2013; 101A: 2896–2904.
15） Zhang L, Ayukawa Y, Legeros RZ, Matsuya S, Koyano
K, Ishikawa K. Tissue-response to calcium-bondedtitanium surface. J Biomed Mater Res A 2010; 95A:33–39.
16） Oshiro W, Ayukawa Y, Atsuta I, Furuhashi A, Yamazoe J, Kondo R et al. Effects of CaCl2 hydrothermal
treatment of titanium implant surfaces on early epithelial sealing. Colloids Surf B Biointerfaces 2015;
131: 141–147.
17） Okawachi H, Ayukawa Y, Atsuta I, Furuhashi A,Sakaguchi M, Yamane K et al. Effect of titanium surface calcium and magnesium on adhesive activity ofepithelial-like cells and fibroblasts. Biointerphases
2012; 7: 27.
18） Atsuta I, Ayukawa Y, Ogino Y, Moriyama Y, Jinno Y,Koyano K. Evaluations of epithelial sealing and periimplant epithelial down-growth around “step-type”implants. Clin Oral Implants Res 2012; 23: 459–466.
19） Atsuta I, Ayukawa Y, Furuhashi A, Ogino Y, MoriyamaY, Tsukiyama Y et al. In vivo and in vitro studies ofepithelial cell behavior around titanium implants withmachined and rough surfaces. Clin Implant Dent Relat
Res 2014; 16: 772–781.
20） Furuhashi A, Ayukawa Y, Atsuta I, Okawachi H,
Koyano K. The difference of fibroblast behavior ontitanium substrata with different surface characteristics. Odontology 2012; 100: 199–205.
21） Atsuta I, Ayukawa Y, Kondo R, Oshiro W, Matsuura
Y, Furuhashi A et al. Soft tissue sealing around dental
implants based on histological interpretation. J
Prosthodont Res 2016; 60: 3–11.
22） Atsuta I, Ayukawa Y, Furuhashi A, Narimatsu I,
Kondo R, Oshiro W et al. Epithelial sealing effectiveness against titanium or zirconia implants surface. J
Biomed Mater Res A 2019; 107A: 1379–1385.
23） Ayukawa Y, Okamura A, Koyano K. Simvastatin promotes osteogenesis around titanium implants. Clin
Oral Implants Res 2004; 15: 346–350.
24） Moriyama Y, Ayukawa Y, Ogino Y, Atsuta I, Koyano
K. Topical application of statin affects bone healingaround implants. Clin Oral Implants Res 2008; 19:600–605.
25） Masuzaki T, Ayukawa Y, Moriyama Y, Jinno Y, Atsuta
I, Ogino Y et al. The effect of a single remote injection of statin-impregnated poly (lactic-co-glycolicacid) microspheres on osteogenesis around titanium
implants in rat tibia. Biomaterials 2010; 31: 3327–3334.
26） Moriyama Y, Ayukawa Y, Ogino Y, Atsuta I, Todo
M, Takao Y et al. Local application of fluvastatin

192

日補綴会誌

improves peri-implant bone quantity and mechanicalproperties: a rodent study. Acta Biomater 2010; 6:1610–1618.
27） Jinno Y, Ayukawa Y, Ogino Y, Atsuta I, Tsukiyama
Y, Koyano K. Vertical bone augmentation with fluvastatin in an injectable delivery system: a rat study. Clin
Oral Implants Res 2009; 20: 756–760.
28） Yasunami N, Ayukawa Y, Furuhashi A, Atsuta I,Rakhmatia YD, Moriyama Y et al. Acceleration ofhard and soft tissue healing in the oral cavity by asingle transmucosal injection of fluvastatin-impregnated poly (lactic-co-glycolic acid) microspheres. An
in vitro and rodent in vivo study. Biomed Mater 2015;
11: 015001.
29） Rakhmatia YD, Ayukawa Y, Furuhashi A, Koyano K.
Carbonate Apatite Containing Statin Enhances BoneFormation in Healing Incisal Extraction Sockets inRats. Materials (Basel) 2018; 11: 1201.
30） Zhang H, Moriyama Y, Ayukawa Y, Rakhmatia YD,Tomita Y, Yasunami N et al. Generation and histomorphometric evaluation of a novel fluvastatin-containing
poly(lactic-co-glycolic acid) membrane for guided
bone regeneration. Odontology 2019; 107: 37–45.
31） Suzuki Y, Matsuya S, Udoh K, Nakagawa M, Tsukiyama
Y, Koyano K et al. Fabrication of hydroxyapatite blockfrom gypsum block based on (NH4)2HPO4 treatment.
Dent Mater J 2005; 24: 515–521.
32） Ayukawa Y, Suzuki Y, Tsuru K, Koyano K, Ishikawa
K. Histological Comparison in Rats between Carbonate Apatite Fabricated from Gypsum and Sintered
Hydroxyapatite on Bone Remodeling. Biomed Res Int
2015; 2015: 579541.

11 巻 3 号（2019）33） Shimizu H, Jinno Y, Ayukawa Y, Atsuta I, Arahira T,Todo M et al. Tissue Reaction to a Novel Bone Substitute Material Fabricated With Biodegradable PolymerCalcium Phosphate Nanoparticle Composite. Implant
Dent 2016; 25: 567–574.
34） Takano T, Li YJ, Kukita A, Yamaza T, Ayukawa Y,Moriyama K et al. Mesenchymal stem cells markedly suppress inflammatory bone destruction in rats
with adjuvant-induced arthritis. Lab Invest 2014; 94:286–296.
35） Kondo R, Atsuta I, Ayukawa Y, Yamaza T, Matsuura
Y, Furuhashi A et al. Therapeutic interaction of systemically-administered mesenchymal stem cells withperi-implant mucosa. PLoS One 2014; 9: e90681.
36） Kanazawa M, Atsuta I, Ayukawa Y, Yamaza T, Kondo
R, Matsuura Y et al. The influence of systemicallyor locally administered mesenchymal stem cells on
tissue repair in a rat oral implantation model. Int JImplant Dent 2018; 4: 2.
37） Matsuura Y, Atsuta I, Ayukawa Y, Yamaza T, Kondo R,Takahashi A et al. Therapeutic interactions between
mesenchymal stem cells for healing medicationrelated osteonecrosis of the jaw. Stem Cell Res Ther
2016; 7: 119.

著者連絡先：古谷野 潔〒 812-8582 福岡市東区馬出 3-1-1
Tel: 092-642-6441
Fax: 092-642-6380
E-mail: koyano@dent.kyushu-u.ac.jp