チタンコーティングを使用した3DプリントPEEKインプラントの生体活性の向上

チタンコーティングを使用した3DプリントPEEKインプラントの生体活性の向上
寄稿者: Su Yanwen、He Jiankang

ポリエーテルエーテルケトン (PEEK) は、金属材料に代わる最も有望な整形外科用インプラント材料の 1 つと考えられています。 PEEK は皮質骨に近い機械的特性を持っており、応力遮蔽を軽減できます。 PEEK 材料の熱可塑性に基づいて、多くの学者が材料押し出し (FDM) 法と粉末焼結 (SLS) 法を使用して PEEK サンプルを準備することを検討してきました。しかし、PEEK の生体不活性表面は、インプラント表面での細胞接着や周囲の組織との骨の統合を促進しないため、PEEK 骨インプラントの適用が制限されます。

韓国産業技術研究院の研究者らは、FDM 法と DC マグネトロン スパッタリング法を組み合わせて、3D プリントされた PEEK インプラントの表面に Ti コーティングを施し、PEEK 表面の生体活性を高めました。さまざまな PEEK サンプル (機械加工 PEEK、機械加工 PEEK + チタンコーティング、3D プリント PEEK、3D プリント PEEK + チタンコーティング) の表面形態と表面接触角を特性評価しました。試験管内および生体内実験を通じて、チタンコーティングされたポリエーテルエーテルケトンインプラントの機能化表面が細胞接着、増殖、分化、骨再生に及ぼす全体的な強化効果が確認されました。


図 1。さまざまな PEEK サンプル (MP、MPT、3DP、3DPT) の表面形態と表面接触角: (A) 機械加工された PEEK サンプル (MP) の表面形態。 (B) 機械加工された PEEK+チタンコーティング サンプル (MPT) の表面形態。 (C) 3D プリントされた PEEK サンプル (3DP) の表面形態。 (D) 3D プリントされた PEEK+チタンコーティング サンプル (3DPT) の表面形態。 (E) さまざまな PEEK サンプル (MP、MPT、3DP、3DPT) の表面接触角。
図 2. MC3T3-E1 細胞をさまざまな PEEK サンプル (MP、MPT、3DP、3DPT) の表面に播種し、1 時間および 5 時間培養した後、共焦点レーザー走査顕微鏡と SEM を使用して細胞接着画像を取得しました。
図 3. 生体内動物実験の実験設計と結果: (A) 生体内動物実験の実験設計、(B) さまざまな動物実験グループの PEEK スレッドステント、(C) ニュージーランド産ウサギの脛骨へのステントインプラント、(D) 手術後 4、8、12 週間におけるさまざまなグループの新生骨の μ-CT 3 次元再構成画像、(E) 手術後 12 週間におけるさまざまなステントの組織学的染色結果。この研究では、開発された FDM 印刷システムを使用して、高強度 PEEK の 3D 印刷と患者固有の PEEK 骨インプラントの表面改質を実現しました。初めて、チタン改質 3D プリント PEEK サンプルの性能が生体内および生体外実験を通じて研究され、チタン改質 3D プリント PEEK スキャフォールドが細胞増殖、分化、骨再生能力を高めることが実験によって証明されました。要約すると、本論文で提案された複合アプローチにより、生体機能性が強化されたパーソナライズされた PEEK インプラントの製造が可能になると期待されます。

参考文献:
Jung, HD et al. 高温3Dプリントプロセスで作製したチタンコーティングポリエーテルエーテルケトンインプラントの生体活性の向上。Biofabrication 11, 18, doi:10.1088/1758-5090/ab376b (2019)。

寄稿者: Su Yanwen、He Jiankang 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点実験室

インプラント、バイオ、FDM、外科、整形外科

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