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生体活性物質

1969
  • Larry L. Hench
生体材料研究のための実験室でのバイオガラスのサンプル。.

(画像はイメージです)

生体活性材料とは、材料と組織の界面で特定の好ましい生物学的反応を引き起こし、両者の間に結合を形成するように設計された生体材料の一種です。相互作用を最小限に抑えることを目的とする生体不活性材料とは異なり、生体活性材料は治癒過程に積極的に関与します。代表的な例としてバイオグラスがあり、その表面にヒドロキシアパタイト層を形成し、骨と直接結合します。

生体活性の概念は、ラリー・ヘンチが1969年にバイオグラス® 45S5を発明したことで開拓されました。バイオグラス® 45S5は、SiO2 45重量%、CaO 24.5%、Na2O 24.5%、P2O5 6%という特定の組成です。骨結合のメカニズムは、5つの表面化学反応の連続によって起こります。体液にさらされると、(1) ガラス中のNa+と溶液中のH+とのイオン交換が急速に起こり、シリカに富む層が形成されます。(2) これにより局所的なpHが上昇し、(3) ガラスネットワークが破壊され、ケイ酸(Si(OH)4)が放出され、表面にシラノール(Si-OH)が形成されます。(4) ガラスと周囲の体液の両方からのカルシウムイオンとリン酸イオンの局所的な高濃度により、非晶質リン酸カルシウム層が形成されます。(5) この層は、化学的にも構造的にも骨の鉱物相に類似したヒドロキシ炭酸アパタイト(HCA)に結晶化します。このHCA層は、骨芽細胞が定着、分化、そして新しい骨基質を沈着させるための生体活性足場を提供し、宿主骨との強固で直接的かつシームレスな結合を形成します。このプロセスは骨統合として知られ、インプラントの長期的な安定性にとって極めて重要です。さらに、溶解生成物、特にケイ酸は、骨前駆細胞内の遺伝子を刺激し、成長因子の産生を促進することが示されています。これにより、この材料は骨伝導性(骨成長のための足場)だけでなく、骨誘導性(新しい骨形成を積極的に刺激する)も備えています。

UNESCO Nomenclature: 3201
医学

タイプ

化学プロセス

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ガラス科学と製造の発展
  • 骨の構成とヒドロキシアパタイトの役割についての理解
  • 整形外科におけるアルミナなどの不活性セラミックスの初期使用
  • 材料と組織の界面を研究するための表面分析技術の進歩

アプリケーション

  • 整形外科および歯科手術における骨移植および骨欠損充填材
  • 骨結合を促進するための金属製インプラント(例:股関節ステム)へのコーティング
  • 骨組織工学用足場
  • エナメル質の再石灰化を促進するバイオアクティブ歯磨き粉の成分
  • 組織修復を促進する創傷治癒用ドレッシング

特許:

  • US3929971A

潜在的なイノベーションのアイデア

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歴史的背景

生体活性物質

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1960
1969
1976-05-28
1980
1990
1960
1965
1970
1980
1980
1990

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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