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講義No.09784

セラミックス素材で、骨と「人工関節」とをガッチリ固定

人工関節治療の難点は「接着剤」の剥がれ

 病気やけがで骨や関節が激しく損傷した場合、人工的な器具で治療することがあります。代表的なものに「人工股関節」「人工膝関節」があり、病気やけが以外にも、加齢によって関節の軟骨がすり減ったり、変性したりした高齢者が人工関節の埋め込み手術を受けるケースが増えています。
 人工関節は、金属の支柱を骨に埋め込んで固定しますが、年月が経つと、骨と支柱との接着が緩んでくることが問題です。金属と生きている骨とを瞬間接着剤のような素材でくっつけるのですが、剥(は)がれてしまい、長期間ガッチリと結合させるのは困難なのです。

骨や歯に近い人工素材で骨を「勘違い」させる

 人工関節と骨との結合が緩みすぎると、再手術して接着し直さなければなりません。そこで現在、リンやカルシウムから作る「アパタイト」というセラミックス系の材料を、人工関節の支柱表面にコーティングしたり、接着剤の材料として活用したりする研究が進んでいます。
 アパタイトは、構成成分が骨や歯と非常に近い素材です。そのため骨との親和性が高く、まるで折れた骨が時間とともに再生するように、骨がアパタイトを骨の仲間だと勘違いして結合するのです。人工関節の結合だけでなく、歯のインプラント治療や骨そのものの治療などでも、アパタイトの応用が研究されています。

慎重に安全性を確認

 ただ、骨と結合しているアパタイトのコーティングが剥がれてしまうと、人工関節を固定できなくなります。また、「骨や歯と非常に近い」とは言え、やはり人工の素材ですから、合成する際にさまざまな化学物質を使用します。その中に、毒性や発がん性が懸念される物質が混じっていると、体内に入れることができませんから、細胞実験などを繰り返して安全性を十分に確認しなければなりません。
 まだ多くの課題が残っている研究領域ですが、研究が進めば骨だけでなく、再生させるのが困難な軟骨の代替素材なども開発できるかもしれません。

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この学問が向いているかも 生体材料学、材料科学

九州工業大学
大学院生命体工学研究科 生体機能応用工学専攻 教授
宮崎 敏樹 先生

先生の著書
メッセージ

 ネット上のニュースなどを通じて、医学や科学の最新情報を誰もが簡単に得られるようになりました。「でも、こんな高度な学問は自分には無縁だ」なんて思っていませんか。実は高校で学ぶ化学や生物の知識と先端的な医学・科学は密接に関わっています。実際に研究に携わるようになれば、きっとあなたも実感できるはずです。私たち研究者も、なんらかの問題にぶつかったときに、高校で学んだことを改めて見直すことがあります。
 あなたが大学で医用工学や生命科学系の勉強をしたいのなら、ぜひ高校での学びを大事にしてください。

先生の学問へのきっかけ

 私は子どもの頃から、理科、特に化学系の分野が好きで、夏休みの自由研究で、塩やミョウバンの結晶が成長する様子を細かく観察したりしました。大学でも化学を専攻し、3年生の時、「骨とくっつくガラス」という実験で、セラミックスの一種であるガラスの上で、骨や歯に近い素材であるアパタイトが生成される様子を目の当たりにして、衝撃を受けました。それがきっかけで、大学院ではアパタイトと骨との親和性や、アパタイトを作る材料を専門に研究するようになりました。先端分野の研究は、高校で学ぶ科目の知識がベースになっています。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

医療機器メーカー研究員/素材メーカー技術者/大学教員

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宮崎 敏樹 先生がいらっしゃる
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 九州工業大学は前身である明治専門学校の開校(1909年)以来、「技術に堪能(かんのう)なる士君子」の養成を教育理念に掲げ、品格と創造性を有した高度技術者・先導的研究者を育成しています。工学部・大学院工学府では学生フォーミュラー大会出場や有翼ロケット打上げ実験、小型人工衛星開発などの学生課外活動が盛んで、PBLなどの講義とあわせて実践力・応用力の強化に力を入れています。また国際交流協定校や海外インターンシップへの派遣を通じてグローバル人材育成にも注力しており、非常に高い就職率に結びついています。

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