ワシントン州立大学が外科用インプラント用の抗菌3Dプリント金属を開発 - 新しいチタン、タンタル、銅合金材料

この投稿は warrior bear によって 2023-11-27 22:19 に最後に編集されました。

医療用3Dプリントの分野では、プラスチックフィラメント、フォトポリマー樹脂、シリコーンなどの3Dプリント材料の応用価値についてよく議論されています。これらの3Dプリント部品は、治療を受けている患者の快適さを高め、回復を促進するのに役立ちます。しかし、この分野で見逃せないのが、金属 3D プリントの活用です。医療分野における金属の使用は、多くのインプラント、手術、および一部の補綴物において重要な部分であり、多くの場合、患者に何年も、あるいは一生も付き添います。一般的に、医療用部品の問題の 1 つは、人体と相互作用する際に異物が受け入れられるか拒否されるかであり、これにより副作用や感染が発生します。
2023年11月27日、アンタークティックベアは、上記の問題をより簡単に解決するために、ワシントン州立大学（WSU）の研究者が、天然の抗菌機能を備えた3Dプリント金属のテストに成功したことを発表し、この材料が将来外科用インプラントに使用される可能性があることを知りました。この新しい外科用インプラントは、実験室でのテストでブドウ球菌感染症を引き起こす細菌の87パーセントを殺し、既存のインプラントと同等の強度を持ち、周囲の組織によく付着した。
△ワシントン州立大学の研究者らが、新しい3Dプリント材料の疲労耐性をテストした。写真提供: WSU
関連研究は、「次世代の荷重支持インプラント用に付加的に製造された Ti-Ta-Cu 合金」というタイトルの論文とともに、International Journal of Extreme Manufacturing に掲載されました。

関連論文リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-7990/ad07e7/meta
テスト中、3D プリントされた金属は感染を引き起こす細菌の 87% を殺すことができ、埋め込み型医療機器としての機能に影響を与えることなくこれを達成することができました。周囲の組織は新しいインプラントを拒絶しませんでした。ワシントン州立大学の研究チームは、この進歩が股関節や膝関節の手術など一般的なインプラント手術中の細菌の拡散を制御する手段につながることを期待している。これらの処置中および処置後の細菌の増殖とそれに続く感染が、インプラント拒絶反応の主な原因です。自然な耐性と有害な細菌細胞を殺す能力を備えた材料を使用することで、多くの人々の治療結果が大幅に改善される可能性があります。
△チタンは、従来の製造業や3Dプリント医療分野で広く使用されています。 (画像出典: TrabTech)
一般的な手術で最も一般的に使用される標準的な金属はチタンですが、これには大きな抗菌特性はなく、医療業界では大きな技術的変化もなくほぼ半世紀にわたって日常的に使用されてきました。これにより、インプラント上に細菌が蓄積し、術後の感染が発生することがよくあります。危険は手術台にいる間に限らず、その後の数週間または数か月間にも発生する可能性があります。実際、最悪の場合、患者はインプラントを除去して交換するために手術室に戻らざるを得なくなることもあります。しかし、ワシントン州立大学のチームが開発した金属製医療材料は、この危険性を排除するとともに、患者が抗生物質の薬を補充する必要もなくなる。

研究者たちは3年間にわたり、3Dプリントされた金属の医学的および機能的特性を研究した。ワシントン州立大学のチームが開発した素材は、チタン、タンタル、銅の金属複合材です。最後の要素は金属表面の細菌を効果的に殺します。同時に、耐腐食性タンタル金属の使用により、インプラント領域の細胞と組織の結合と成長も促進されます。
△ Ti3Al2V-Cu-Ta 合金の相乗的な抗菌効果と生体適合性の向上による早期骨結合の模式図。マルチマテリアル積層造形法で製造されたこれらのインプラントは、持続的な細菌耐性を付与するとともに、生体適合性の向上により早期の骨形成を可能にします。
研究論文の研究者および著者の一人であるアミット・バンドヨパディヤイ教授は次のように説明した。「単に薬剤ベースの感染制御を提供するのではなく、デバイスの素材自体に何らかの固有の耐性を提供できるものを見つける必要があります。そこで、素材自体を変えて固有の抗菌反応を与えたらどうかと考えました。」
論文の共著者であるサスミタ・ボーズ教授は次のように続けた。「この多機能デバイスの最大の利点は、感染を抑制できるだけでなく、骨組織の良好な統合も達成できることです。感染は今日の外科手術における大きな問題であるため、両方の機能を同時に実現できる多機能デバイスがあれば、これに勝るものはありません。」
△バンディオパディアイ教授は、3Dプリント金属の開発と性能を向上させる方法を研究している研究チームの一員です。写真提供: WSU
3Dプリント抗菌金属の研究はまだ進行中で、研究チームは金属の抗菌性を87％から99％に高めたいと考えている。彼らはまた、3Dプリントされた金属の実現可能性と耐久性を、それを必要とする患者に対する臨床使用のためにテストしたいと考えている。

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