骨インプラント用セラミック3Dプリントの応用展望

出典: 武漢3Dセラミックス 3DCERAM

研究により、生体活性セラミックは人間の骨の成分に近く、特定の生理条件下で生体活性成分を放出し、天然の骨と生化学反応を起こすことができることがわかっています。中でも、ハイドロキシアパタイト（HA）とリン酸三カルシウム（β-TCP）は、天然の骨組成との一貫性が高いことから適切な修復材料と考えられており、整形外科移植手術において大きな意義があり、関連分野で広く研究され、臨床応用されています。従来の方法で製造された多孔質バイオセラミックス足場は、気孔サイズや多孔性が不均一であるなどの問題がありましたが、3Dプリントは高度にカスタマイズされた足場形状を実現できるため、近年、生体材料の製造において広く注目を集めています。

武漢三次元セラミックテクノロジー株式会社もこの研究に積極的に関与しており、2022年には武漢理工大学の戴宏蓮教授とともに国家重点研究開発計画の関連内容に参加し、多材料セラミック部品の設計と製造に科学的サポートを提供し、ハイエンドセラミック積層製造装置の革新的開発と改造とアップグレードを推進しました。戴宏蓮教授のチームは、印刷プロセスと構造設計を最適化し、SLAセラミック印刷技術を使用して、高強度で優れた生物学的特性を備えた大型HA複合スキャフォールドを開発しました。この報告書では、レーザー出力、スポット間隔、スキャン速度がHAスラリーの硬化挙動に与える影響を研究し、荷重支持部品の高い機械的強度要件を満たすためにSLAを通じて異なる体積比の高密度シェル/多孔質コア構造を製造し、モデリングアルゴリズムに基づいてさまざまなマイクロチャネル構造単位が血管新生に与える影響を調査しました。要約すると、プロセスと構造設計を最適化することにより、SLA セラミック印刷技術を使用して、高強度で優れた生物学的特性を備えた HA 複合スキャフォールドが開発されました。

全文はこちらをご覧ください：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.12.010

同年、西安交通大学の何希静氏のチームが研究を実施し、従来の方法で製造されたセラミックバイオスキャフォールドは制御性が低かったのに対し、3Dプリント技術（3DCeram C900 3Dプリンター）を使用して製造されたバイオスキャフォールドは制御性が高いことを発見しました。この研究では、人間の骨に似た無機成分を持つ一般的なバイオセラミックであるβ-リン酸三カルシウム（β-TCP）を使用しました。この研究では、ステレオリソグラフィー（SLA）を使用してβ-TCPバイオセラミックを製造し、ZrO₂、Al₂O₃、Ti6Al4V、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）を対照として使用しました。研究の結果、β-TCP の製造工程では明らかな不純物や溶血毒性は検出されなかったことが示されました。 β-TCP 上の細胞は形態が良好で、増殖能力は Ti6Al4V 上の細胞と同等であり、他の材料上の細胞よりも高かった。細胞内のALPレベルはPEEKよりもβ-TCPの方が高かった。 β-TCP 上の石灰化の程度は有意に高かった。 β-TCP 上の骨形成関連遺伝子の発現は Ti6Al4V 上の発現と類似しており、他の材料上の発現よりも高かった。結論として、ステレオリソグラフィー（SLA）によって製造されたβ-TCPは無毒で、精度が高く、骨結合能力に優れているため、骨インプラントに適していることがわかります。

記事全文はhttps://doi.org/10.1515/biol-2022-0530をご覧ください。

現在、骨移植は輸血に次いで世界で2番目に多い手術であり、骨の潜在的な治療オプションに対する人々の期待が高まっていることを示しています。3Dプリントは、セラミックとその複合材料を使用してカスタマイズされた骨インプラントを作成するための最も先進的な製造技術の1つです。骨の機械的特性やその他の生物学的機能を正確に再現できる骨スキャフォールドの開発は、依然として大きな課題です。武漢 3D セラミックテクノロジー株式会社は、お客様と協力してこの課題に取り組んでいきたいと考えています。3D プリントセラミック骨インプラントが医療分野にさらなる驚きをもたらすことを期待しています。

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