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基礎研究部門　材料グループ

研究スタッフ紹介

根尾昌志（准教授）
研究統括、生体材料と骨の界面に関する研究
昭和58年卒　医学博士　臨床の専門は脊椎外科

藤林俊介（助教）
研究統括、生体活性チタンおよび生体活性ポーラスチタンに関する研究
平成4年卒　医学博士　臨床の専門は脊椎外科

後藤公志（助教）
生体活性骨セメントの研究
平成7年卒　医学博士　臨床の専門は関節外科

竹本充（特任助教）
生体活性ポーラスチタンの骨伝導能、骨誘導能に関する多くの研究。レーザー焼結法を用いたチタンによる三次元構造体の作成に関する研究。コンピューターシュミレーションによるポーラス体の構造解析。
平成9年卒　医学博士　臨床の専門は脊椎外科

宗和隆（医員）
PVAハイドロゲルを用いた人工髄核置換術の研究。生体活性ガラスの開発。多孔体チタンと腱などの軟部組織との結合に関する研究。
平成9年卒　医学博士

大学院生紹介

那須文章（平成10年卒）：材料による骨誘導に関する研究。

山元輝明（平成10年卒）：生体内吸収性合成糊。新しいセメントレス人工関節に関する研究。

秋山典宏（平成11年卒）：多孔体人工骨の骨誘導メカニズムの解明に関する研究。

黒田隆（平成11年卒）：大腿骨頭壊死に関する研究。

田中耕次郎（平成12年卒）：多孔体HA-PLLAを用いたTissue Engineering技術の開発。生体活性骨セメントの研究。

今村匡志（国内留学） ：生体活性骨セメントの研究

潘海楽（中国留学生）：抗生剤徐放骨セメントの研究

生体材料研究

　われわれが研究している生体材料とは骨、軟骨、靭帯などの運動器が、外傷あるいは疾病により失った機能を再建するために用いる人工材料のことです。一般的にはセラミックス、金属材料、ポリマーなどが用いられます。生体材料は生体組織と親和性が良く、時には結合したり吸収されたりする必要があります。そのような機能をもつ人工骨、人工軟骨、人工靭帯、さらには人工関節などの開発を行っています。同時に人工材料と生体との反応、細胞あるいは成長因子などを添加した場合の反応などの研究もおこなっています。京都大学医学部整形外科学教室では約30年前から生体材料研究を教室の主要研究テーマとして行っており、国内のみならず、国際的にもこの分野の研究をリードしています。

　京都大学再生医科学研究所、京都大学工学部、中部大学など他の学部や大学、日本電気硝子、神戸製鋼所、京セラ、タキロンなどとの産学連携による臨床応用に向けた共同研究が行われています。

これまでにAWGC、フィクソーブ、スーパーフィクソープ、独自で開発した人工関節などが臨床応用され、多くの整形外科治療に用いられている。

◆当教室で開発され臨床応用された生体材料

■人工骨(AW-GC)　　　■生体吸収性材料　　　■新しい人工関節

　

◆現在行われている研究

■生体活性多孔体チタン　　　■人工椎間板（髄核置換）　　　■生体活性骨セメント

■生体内吸収性糊　　　■材料による骨誘導　　　■大腿骨頭壊死の治療

■三次元レーザー造形

■人工骨（AWGC）

1978年から基礎研究が始まり、1990 年に厚生省の認可を受け、セラボーンAWという人工骨として日本電気硝子社から発売され、臨床応用された。荷重下でも用いることの出来る強度と、高い骨親和性を持ち、これまでに約6万例の手術に用いられた実績がある。

人工骨
左：種々の形状のAWGC、人工椎体や、スペーサーとして用いられた。
中：AWGCと骨との界面像、このように骨と直接結合する。
右：顆粒状のAWGC、骨欠損部の補填材料として用いられた。

■生体吸収性材料（PLLA）

生体吸収性材料

タキロン社との共同研究により開発されたポリ乳酸製生体内吸収性スクリュー、フィクソーブという製品名で現在も広く臨床応用されている。生体内で吸収されるため、骨折固定後の抜去の必要がない。また、ハイドロキシアパタイトを混合し、より強度が高く、骨と結合しつつ生体内で吸収される材料（スーパーフィクソーブ）も開発され、臨床応用されている。

■新しい人工関節（アルカリ加熱処理チタン）

新しい人工関節（アルカリ加熱処理チタン）

アルカリ加熱処理というチタン表面の化学処理と熱処理により、チタンやチタン合金は骨と結合する生体活性材料に変化する。われわれは骨セメントなしで生体骨と結合する全く新しい人工股関節インプラントを開発した。
臨床治験では良好な成績が確認され、すでに厚生省の認可を受けている。近々、日本メディカルマテリアル社から発売される予定である。

■生体活性多孔体チタン

生体活性多孔体チタン筋肉内に埋入すると骨細胞やBMPなどを付加しなくてもその内部に骨を形成する生体活性多孔体チタンを開発した。骨組織の再生に有効な材料として期待されている。
この材料は高い力学強度を持つため、脊椎固定などのデバイスとしての開発も同時に行われている。
左図は犬の背筋内での骨誘導：紫の部分が生体内で形成された新しい骨、黒い部分はチタン

生体活性多孔体チタンを用いて行った犬の脊椎固定
生体活性多孔体チタンを用いて行った犬の脊椎固定。 多孔体チタン内部まで骨が進入し、上下の骨は確実に結合している。
整形外科インプラントとしての臨床応用が期待されている。

多孔体チタンの新聞記事
体内で骨を作る能力を持つ多孔体チタンの新聞記事 期待される新しい材料として新聞各紙、テレビニュースなどで報道された。

■人工椎間板（人工髄核置換）

椎間板ヘルニアなどの椎間板変性は腰痛の原因になると考えられている。この研究では減少した髄核組織を補填し、椎間板の変性を予防するためのインプラントを、ポリビニルアルコールという生体親和性が高く、軟らかい材料を用いて開発した。

ポリビニルアルコール製人工髄核で置換したウサギの椎間板ポリビニルアルコール製人工髄核で置換したウサギの椎間板。

研究業績

2006年度

  1. Liang B, Fujibayashi S, Fujita H, Ise K, Neo M, Nakamura T. Long-term follow-up study of bioactive bone cement in canine total hip arthroplasty. J Long Term Eff Med Implants. 2006;16(4):291-9
  2. Shikinami Y, Okazaki K, Saito M, Okuno M, Hasegawa S, Tamura J, Fujibayashi S, Nakamura T. Bioactive and bioresorbable cellular cubic-composite scaffolds for use in bone reconstruction. J R Soc Interface. 2006 Aug 8
  3. Otsuki B, Takemoto M, Fujibayashi S, Neo M, Kokubo T, Nakamura T. Pore throat size and connectivity determine bone and tissue ingrowth into porous implants: Three-dimensional micro-CT based structural analyses of porous bioactive titanium implants. Biomaterials. 2006 Dec;27(35):5892-900. Epub 2006 Sep 1.
  4. B. Liang, S. Fujibayashi, H. Fujita, K. Ise, M. Neo, T. Nakamura, “Long-term follow-up study of bioactive bone cement in canine total hip arthroplasty” J. Long Term Eff. Med. Implants, 16, 291-300, (2006)
  5. Goto K, Shinzato S, Fujibayashi S, Tamura J, Kawanabe K, Hasegawa S, Kowalski R, Nakamura T. The biocompatibility and osteoconductivity of a cement containing beta-TCP for use in vertebroplasty. J Biomed Mater Res A. 2006 Sep 1;78(3):629-37.
  6. So K, Fujibayashi S, Neo M, Anan Y, Ogawa T, Kokubo T, Nakamura T. Accelerated degradation and improved bone-bonding ability of hydroxyapatite ceramics by the addition of glass. Biomaterials. 2006 Sep;27(27):4738-44. Epub 2006 Jun 6.
  7. Takemoto M, Fujibayashi S, Neo M, Suzuki J, Kokubo T, Nakamura T. Bone-bonding ability of a hydroxyapatite coated zirconia-alumina nanocomposite with a microporous surface. J Biomed Mater Res A. 2006 May 31;78A(4):693-701
  8. Takemoto M, Fujibayashi S, Neo M, Suzuki J, Matsushita T, Kokubo T, Nakamura T. Osteoinductive porous titanium implants: Effect of sodium removal by dilute HCl treatment. Biomaterials. 2006 May;27(13):2682-91.
  9. Suzuki T, Fujibayashi S, Nakagawa Y, Noda I, Nakamura T. Ability of zirconia double coated with titanium and hydroxyapatite to bond to bone under load-bearing conditions. Biomaterials. 2006 Oct;27(7):996-1002
  10. Hasegawa S, Ishii S, Tamura J, Furukawa T, Neo M, Matsusue Y, Shikinami Y, Okuno M, Nakamura T. A 5-7 year in vivo study of high-strength hydroxyapatite/poly(L-lactide) composite rods for the internal fixation of bone fractures.Biomaterials. 2006 Mar;27(8):1327-32.

2005年度

  1. Goto K, Tamura J, Shinzato S, Fujibayashi S, Hashimoto M, Kawashita M, Kokubo T, Nakamura T. Bioactive bone cements containing nano-sized titania particles for use as bone substitutes. Biomaterials. 2005 Nov;26(33):6496-505
  2. Takemoto M, Fujibayashi S, Neo M, Suzuki J, Kokubo T, Nakamura T. Mechanical properties and osteoconductivity of porous bioactive titanium. Biomaterials. 2005 Oct;26(30):6014-23
  3. Goto M,Hashimoto M, Fujibayashi S, Kokubo T, Nakamura T. New Bioactive Bone Cement Containing Nano-Sized Titania Particles. Key Engineering Materials Vols. 284-286: 97-100 2005
  4. Hasegawa S, Tamura J, Neo M, Goto K, Shikinami Y, Saito M, Kita M, Nakamura T. In vivo evaluation of a porous hydroxyapatite/poly-DL-lactide composite for use as a bone substitute. J Biomed Mater Res A. 2005 Dec 1;75(3):567-79.

2004年度

  1. Fujibayashi S, Neo M, Kim HM, Kokubo T, Nakamura T. Osteoinduction of porous bioactive titanium. Biomaterials 25: 443-450 2004
  2. Ohsawa K, Neo M, Okamoto T, Tamura J, Nakamura T. In vivo absorption of porous apatite- and wollastonite-containing glass-ceramic. J Mater Sci Mater Med. 2004 Aug;15(8):859-64.
  3. Shinzato S, Nakamura T, Kawanabe K, Kokubo T. In vivo aging test for a bioactive bone cement consisting of glass bead filler and PMMA matrix. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2004 Feb 15;68(2):132-9.

2003年度

  1. Fujibayashi S, Kim HM, Neo M, Uchida M. Kokubo T, Nakamura T. Repair of segmental long bone defect in rabbit femur using bioactive titanium cylindrical mesh cage. Biomaterials 24: 3445-3451 2003
  2. Liang B, Fujibayashi S, Tamura J, Neo M, Kim HM, Uchida M, Kokubo T, Nakamura T. Histological and mechanical investigation of the bone-bonding ability of anodically oxidized titanium in rabbits. Biomaterials. 2003 Dec; 24(27):4959-66.
  3. Nishiguchi S, Fujibayashi S, Kim HM, Kokubo T, Nakamura T. Biology of alkali- and heat-treated titanium implants. J Biomed Mater Res A. 2003 Oct 1;67(1):26-35.
  4. Fujibayashi S, Neo M, Kim HM, Kokubo T, Nakamura T. A comparative study between in vivo bone ingrowth and in vitro apatite formation on Na(2)O-CaO-SiO(2) glasses. Biomaterials. 24(8): 1349-56 2003
  5. Uchida M, Kim HM, Kokubo T, Fujibayashi S, Nakamura T. Structural dependence of apatite formation on titania gels in a simulated body fluid. J Biomed Mater Res. 64(1): 164-70 2003
  6. Ishii S, Tamura J, Furukawa T, Nakamura T, Matsusue Y, Shikinami Y, Okuno M. Long-term study of high-strength hydroxyapatite/poly(L-lactide) composite rods for the internal fixation of bone fractures: a 2-4-year follow-up study in rabbits. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2003 Aug 15;66(2):539-47.
  7. Tanaka K, Tamura J, Kawanabe K, Nawa M, Uchida M, Kokubo T, Nakamura T. Phase stability after aging and its influence on pin-on-disk wear properties of Ce-TZP/Al2O3 nanocomposite and conventional Y-TZP. J Biomed Mater Res A. 2003 Oct 1;67(1):200-7.
  8. Tanaka K, Tamura J, Kawanabe K, Shimizu M, Nakamura T. Effect of alumina femoral heads on polyethylene wear in cemented total hip arthroplasty. Old versus current alumina. J Bone Joint Surg Br. 2003 Jul;85(5):655-60.
  9. Shinzato S, Nakamura T, Kawanabe K, Kokubo T. PMMA-based bioactive cement: effect of CaF2 on osteoconductivity and histological change with time. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2003 May 15;65(2):262-71.

2002年度

  1. Tanaka K, Tamura J, Kawanabe K, Nawa M, Oka M, Uchida M, Kokubo T, Nakamura T. Ce-TZP/Al2O3 nanocomposite as a bearing material in total joint replacement. J Biomed Mater Res. 2002;63(3):262-70.
  2. Kamimura M, Tamura J, Shinzato S, Kawanabe K, Neo M, Kokubo T, Nakamura T. Interfacial tensile strength between polymethylmethacrylate-based bioactive bone cements and bone.　J Biomed Mater Res. 2002 Sep 15;61(4):564-71.
  3. Shinzato S, Nakamura T, Kokubo T, Kitamura Y. Composites consisting of poly(methyl methacrylate) and alumina powder: an evaluation of their mechanical and biological properties.　J Biomed Mater Res. 2002 Jun 15;60(4):585-91.
  4. Shinzato S, Nakamura T, Ando K, Kokubo T, Kitamura Y. Mechanical properties and osteoconductivity of new bioactive composites consisting of partially crystallized glass beads and poly(methyl methacrylate). J Biomed Mater Res. 2002 Jun 15;60(4):556-63.
  5. Shinzato S, Nakamura T, Kokubo T, Kitamura Y. PMMA-based bioactive cement: effect of glass bead filler content and histological change with time.J Biomed Mater Res. 2002 Feb;59(2):225-32.

2001年度

  1. Fujibayashi S, Senaha Y, Yoshihara S, Tamura J, Nakamura T. Long-term follow-up study of bioactive bone cement for repairing a segmental defect in a canine femur. J Long Term Eff Med Implants. 11(1-2): 93-103 2001
  2. Fujibayashi S, Nakamura T, Nishiguchi S, Tamura J, Uchida M, Kim HM, Kokubo T. Bioactive titanium: effect of sodium removal on the bone-bonding ability of bioactive titanium prepared by alkali and heat treatment. J Biomed Mater Res. 56(4):562-70 2001
  3. Ohsawa K, Neo M, Matsuoka H, Akiyama H, Ito H, Nakamura T. Tissue responses around polymethylmethacrylate particles implanted into bone: analysis of expression of bone matrix protein mRNAs by in situ hybridization. J Biomed Mater Res. 2001 Mar 15;54(4):501-8.
  4. Shinzato S, Nakamura T, Kokubo T, Kitamura Y. A new bioactive bone cement: effect of glass bead filler content on mechanical and biological properties. J Biomed Mater Res. 2001 Mar 15;54(4):491-500.
  5. Shinzato S, Nakamura T, Tamura J, Kokubo T, Kitamura Y. Bioactive bone cement: effects of phosphoric ester monomer on mechanical properties and osteoconductivity. J Biomed Mater Res. 2001 Sep 15;56(4):571-7.
  6. Shinzato S, Nakamura T, Kokubo T, Kitamura Y. Bioactive bone cement: effect of filler size on mechanical properties and osteoconductivity. J Biomed Mater Res. 2001 Sep 5;56(3):452-8.
  7. Shinzato S, Nakamura T, Kokubo T, Kitamura Y. Bioactive bone cement: Effect of silane treatment on mechanical properties and osteoconductivity. J Biomed Mater Res. 2001 Jun 5;55(3):277-84.
  8. Nishiguchi S, Kato H, Fujita H, Oka M, Kim HM, Kokubo T, Nakamura T. Titanium metals form direct bonding to bone after alkali and heat treatments. Biomaterials. 2001 Sep;22(18):2525-33.
  9. Nishiguchi S, Kato H, Neo M, Oka M, Kim HM, Kokubo T, Nakamura T. Alkali- and heat-treated porous titanium for orthopedic implants.J Biomed Mater Res. 2001 Feb;54(2):198-208.

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