JP4236048B2 - 人工固有歯槽骨及びこれを備えた人工歯根 - Google Patents

Description

本発明は、固有歯槽骨を形成する細胞の分化を促進するための人工固有歯槽骨及びこれを備えた人工歯根に関する。

有床義歯に代わって人工歯根を直接顎骨に植立して欠損歯を回復することは、歯科インプラントとしてすでに長い間実施されてきている。
その際に人工歯根を骨性癒着や骨接合によって緩衝機構を備えずに顎骨と結合させると、咀嚼を繰り返すことによって、人工歯根に破断が生じたり、周囲骨の破壊等の問題が生じる。

そこで出願人は、特許文献１に係る人工歯根を創作した。この人工歯根では周囲骨に分布するミーゼスの相当応力がかなり平均化され、最大応力値の１／１００〜１／１０、最小応力値の１０〜数十倍の範囲の分布域に顕著な骨の増成が生じる。これはピエゾ電流、ストリーミングポテンシャルおよび骨形成因子の流動によるものと考えられる。

特許文献１に係る人工歯根を植立した場合、その歯根の形状に依存したそれぞれの主応力線（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔｒｅｓｓ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）が人工歯根の周囲に分布する。骨は、咀嚼に伴って主応力線の軌跡に従って形成されることになる。線維結合組織付着様式の人工歯根の主応力線の分布の解析によれば、応力を歯根が先ず負担し、歯周の線維組織で主応力線が全く異なる直交する二成分に変換される。変換された主応力線について歯根面に平行のものは、図８に示すような固有歯槽骨Ａを形成する。一方、固有歯槽骨に付着するほぼ直角に走行する主応力線は、固有歯槽骨Ａに付着する骨梁Ｂを形成する。

人工歯根は、上記の力学的な刺激によって固有歯槽骨Ａ及び骨梁Ｂが完全に形成された時点で間歇的な強い咬合力のみならず、持続的な咬合力や側方力を支えることができる。しかし、固有歯槽骨Ａ及び骨梁Ｂが完全に形成されるまでには相当の日数がかかる。そこで人工歯根を植立した後、早急に固有歯槽骨Ａ及び骨梁Ｂを形成することが望まれていた。
特許第２５４７９５３号

植立られた人工歯根と顎骨の皮質骨の間に固有歯槽骨及び骨梁を形成するためには、未分化間葉系の細胞に力学的な刺激を与えて早急に骨組織を作る必要がある。
そこで本発明は、人工歯根の植立箇所と顎骨の皮質骨の間の生体組織内に電流を流し、造骨及び造血作用を励起することによって早急にリン酸、カルシウムイオン、栄養、酸素等までを含んだｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｔｉｍｕｌｉを同化した未分化間葉系細胞を固有歯槽骨及び骨梁に分化することにある。
また他の目的は、人工固有歯槽骨を口腔内に設置し得るようにすることにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を採用した。
（１）内部歯根の植設箇所を被包するための開口部を有した筒状の人工固有歯槽骨であって、この人工固有歯槽骨の表面には固有歯槽骨及び骨梁を形成するための多数の透孔を有し、かつ固有歯槽骨及び骨梁を形成する細胞の分化を電流によって誘起せしめる電極としての機能を有することを特徴とする人工固有歯槽骨である。

筒状電極である人工歯骨の外筒として人工固有歯槽骨によって内部歯根を被包し、内部歯根の周辺に造骨と造血作用が励起される。かかる造骨作用等の励起によって、未分化間葉系細胞が固有歯槽骨及び骨梁に分化される。さらに咀嚼力によって生じた応力が、歯周靭帯において全く異なるベクトルをもった直交する二つの主応力線に変換される。変換された主応力線のうち、内部歯根の表面において軸方向と平行なものは固有歯槽骨を作り、直角に走行するものは骨梁を作る。固有歯槽骨を走行する主応力線は顎骨の皮質骨に連なりここで終る。一方、骨梁を通る主応力線は、やはり顎骨の皮質骨に達しここで終る。このような主応力線による造骨作用に、筒状電極による造骨作用が加わることによって、早急に固有歯槽骨と骨梁を形成することができる。また人工固有歯槽骨の表面には多数の透孔が形成されており、人工固有歯槽骨の周辺部分の未分化間葉細胞を内部歯根の周面部分に取り込むことができる。これによって造血作用がより活発化し、より早急に内部歯根の周囲に固有歯槽骨と骨梁を形成することができる。なお多数の透孔の径は、未分化間葉細胞を内部歯根の周面部分に取り込むことができる大きさであることが必要である。

ここで人工固有歯槽骨を形成する材料は、導電性材料である必要がある。人工固有歯槽骨に用いられる材料としては、金属単体、合金、金属に蒸着または溶接された生体活性または不活性セラミック、表面が金属またはセラミックの多孔体である金属、サーメット、バイオガラス、これらの複合材料などが挙げられる。また人工固有歯槽骨の厚みは、０．１〜１．５ｍｍが好ましい。厚みが１．５ｍｍを超えると、人工固有歯槽骨が経年により腐食する可能性があるからである。

（２）前記人工固有歯槽骨はＴｉ、Ｔｉ合金、Ｐｔ又はＡｕ合金から形成されていることを特徴とする前記（１）に記載された人工固有歯槽骨である。
Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｐｔ及びＡｕ合金は生体為害性が極めて少なく、生体との親和性が良いから人工固有歯槽骨の材料として好適である。特にコストの面からはＴｉ若しくはＴｉ合金がより好ましい。

（３）人工固有歯槽骨が網状構造物によって形成されていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載された人工固有歯槽骨である。
網状構造物は、例えば導電性繊維を紡績機、織機等を用いて絡み合わせることによって製造できる。ただし必ずしも一定のパターンで織り込まれている必要はない。例えば導電性の金属製の短繊維を接合させて形成してもよい。

（４）電流を印加するための電源及び配線が接続されていることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか一に記載された人工固有歯槽骨である。
電源及び配線を接続することによって、好適な電流を常に人工固有歯槽骨に印加することができる。電源を口腔内（例えば奥歯の裏側等）に固着することによって、外観上目立つことなく、造血と造骨を誘起することができる。人工固有歯槽骨に流れる電流は１０μＡ〜１００μＡ程度が好ましい。
電源としては、口腔内に設置するためには、ボタン電池が好ましい。ボタン電池としては、アルカリ（マンガン）電池、二酸化マンガンリチウム、酸化銀電池、亜鉛電池、水銀電池、ニッケル系電池等を用いることができる。印加電圧は、人工固有歯槽骨に用いられる材料の導電率によって代わるが、電圧１．４〜１．５５Ｖのボタン電池を用いることもできる。もちろん他の電圧の電池を用いても良い。また本発明に用いられる電源は、ボタン電池に限定されるものではない。

（５）人工固有歯槽骨の内周面に軸方向に沿って膨出部と陥凹部が交互に形成されていることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか一に記載された人工固有歯槽骨である。
膨出部と陥凹部とが交互に形成されているため、周囲骨とより癒着しやすい構造と形状となっている。内部歯根は有限要素解析の結果得られた応力分散形状となっており、表面で主応力線が直交する二成分に分離されやすい形状になっている。

（６）膨出部と陥凹部が交互に形成された波状形であることを特徴とする前記（５）記載の人工固有歯槽骨である。

（７）一端に歯冠部、反対端に根尖部を有する内部歯根と、内部歯根の植設箇所が前記（１）乃至（６）のいずれか一に記載された人工固有歯槽骨によって被包されることを特徴とする人工歯根である。
また人工固有歯槽骨と内部歯根との間に緩衝材を設けてもよい。緩衝材としては、プラスチックスの接着剤やセメント材等が用いられる。例えば、スーパーボンド（商標名）、リン酸セメント、パナビア（商品名）等である。内部歯根と人工固有歯槽骨との間に緩衝材を介在することによって、主応力線が変換されるとともに、この緩衝材がクッションとなり咬合力の骨に及ぼす破壊傾向が除去される。

また内部歯根に用いられる材料は、金属、単体、合金、セラミックス、サーメット、バイオガラス、プラスチックス、これらの複合材料などから選ばれる。
内部歯根として好適な金属は、純ＴｉやＴｉ合金であり、特に好ましくは純Ｔｉである。純Ｔｉは生体為害性が極めて少なく、生体との親和性が良いからである。また形状記憶効果を利用することで挿入後の固定が容易に行える利点を活かし、Ｔｉ系の形状記憶合金を人工歯根として実用化する研究も行われている。その中でもＴｉＰｄ系形状記憶合金は、歯根で長年利用されてきたＰｄと耐食性に優れたＴｉを主組成とする合金であり、生体為害性の少ない人工歯根用の材料となる。

（８）一端に歯冠部、反対端に根尖部を有する内部歯根と、内部歯根の植設箇所が前記（１）乃至（６）のいずれか一に記載された人工固有歯槽骨によって被包されており、当該歯冠部に仮歯である冠を被着し、冠の内部に電池を設置し、当該電池より電流を印加するための配線が人工固有歯槽骨に接続されていることを特徴とする人工歯根である。

本発明は、造血作用によって未分化間葉系細胞を固有歯槽骨及び骨梁に分化することによって、人工歯根を植立した後、短期間で間歇的な強い咬合力のみならず、持続的な咬合力や側方力を支えることができるという効果を奏する。
また他の目的は、植立用の装置の全てを口腔内に設置し得るようにすることにより、外観上目立つことなく、造血と造骨を誘起することができるという効果を奏する。

実施の形態１
図１は、本発明に係る人工固有歯槽骨１の実施形態の一例を示す模式図である。図１に示すように本発明に係る人工固有歯槽骨１は筒状電極であって、内部歯根２の植設箇所を被包するための開口部を有している。この人工固有歯槽骨１は、固有歯槽骨を形成する細胞の分化を電流によって誘起せしめる電極として機能する。通常、内部歯根２の上部には義歯４が被着される。
本実施形態に係る人工固有歯槽骨１は網状に織成されており、人工固有歯槽骨１の周辺部分に存在する未分化間葉細胞を内部歯根の周面部分に取り込むことができる。これによって造血作用がより活発化し、より早急に内部歯根の周囲に固有歯槽骨と骨梁を形成することができる。
なお人工固有歯槽骨１と内部歯根の形状は植立部位によって若干形が異なってもよい。すなわち根尖端部は前歯、小臼歯、犬歯型では丸く、大臼歯型では分岐して中心に陥凹を有することになる。

実施の形態２
図２は、本発明に係る他の人工固有歯槽骨１１の実施形態の一例を示す模式図である。図１と同様の機能を有する部材については、同じ符号を用いる。図２に示すように本発明に係る人工固有歯槽骨１１は筒状電極であって、内部歯根２の植設箇所を被包するための開口部を有している。この人工固有歯槽骨１１は、固有歯槽骨を形成する細胞の分化を電流によって誘起せしめる電極として機能する。内部歯根２の上部には義歯４が被着される。人工固有歯槽骨１１と内部歯根２との間には接着剤が充填され、固化することによって緩衝材３が形成される。
また人工固有歯槽骨１１の内周面には、軸方向に沿って膨出部６と陥凹部７が交互に形成されている。同様に内部歯根２の外周面にも膨出部７’と陥凹部６’が交互に形成されており、両者とも外形は波形状態を有している。このように内部歯根２の周面と人工固有歯槽骨１１の対向内周面を波状形態とし、緩衝材３を介して人工固有歯槽骨１１と内部歯根２を固着することによって、咬合力の内部歯根２に及ぼす破壊傾向を除去することができる。
本実施形態に係る人工固有歯槽骨１１には、固有歯槽骨及び骨梁を形成するための多数の透孔１２が形成されている。この孔１２によって人工固有歯槽骨１１の周辺部分の未分化間葉細胞を内部歯根の周面部分に取り込むことができる。これによって造血作用がより活発化し、より早急に内部歯根の周囲に固有歯槽骨と骨梁を形成することができる。

実施の形態３
図３は、本発明に係る更に他の人工固有歯槽骨２１の実施形態の一例を示す模式図である。図３に示すように本発明に係る人工固有歯槽骨２１は筒状電極であって、内部歯根２２の植設箇所を被包するための開口部２４を有している。ここで内部歯根２２の最大外径はφ５ｍｍであり、人工固有歯槽骨２１の最大内径はφ５．４ｍｍである。この人工固有歯槽骨２１は、固有歯槽骨を形成する細胞の分化を電流によって誘起せしめる電極として機能する。人工固有歯槽骨２１の両端子よりボタン電池２５の正極、負極へリード線２７がつながっている。ボタン電池２５は電源として人工固有歯槽骨２１に電流を印加するものである。かかるボタン電池は口腔内に設置されるのが好ましい。

本実施形態に係る人工固有歯槽骨２１は、Ｔｉ合金からなる薄板を筒状に接着した後、同じくＴｉ合金からなる網状の底部を嵌着することによって製造される。固有歯槽骨及び骨梁を形成するための薄板には多数の透孔２６が穿孔されている。この透孔２６によって人工固有歯槽骨２１の周辺部分に存在する未分化間葉細胞を内部歯根の周面部分に取り込むことができる。これによって造血作用がより活発化し、より早急に内部歯根の周囲に固有歯槽骨と骨梁を形成することができる。

実施の形態４
図４は、本発明に係る人工歯根の実施形態の一例を示す断面図である。図４に示すように本発明に係る大臼歯用の人工歯根は、人工固有歯槽骨３１によって植設箇所が被包された内部歯根３２と、この内部歯根３２の上部には、内部にボタン電池３５が設置された仮歯である冠３４が被着されている。ここで内部歯根３２の最大外径はφ６ｍｍであり、人工固有歯槽骨３１の最大内径はφ６．４ｍｍである。このボタン電池３５の各電極からは、それぞれ絶縁体によって被覆されたリード線３６が導出しており、人工固有歯槽骨３１に接続されている。人工固有歯槽骨３１は、網状構造体でありＴｉ合金より形成されている。この網状構造体は、Ｔｉ合金を繊維状に形成した後、熱を加えて溶融させながら筒状の型に入れ圧縮成形されることによって製造される。もちろん他の製造方法によって製造しても良い。この人工固有歯槽骨３１には、ボタン電池より電流が印加される。本実施の形態においては、ボタン電池として１．５５Ｖのアルカリ電池（ソニー製：ＳＲ４２１ＳＷ，Ｎo.３４８・ＳＢ−Ａ６）が用いられる。人工固有歯槽骨３１の内周面と内部歯根３２は、一番に近接している部分が０．２ｍｍ程度であるのが好ましい。

このような人工歯根は、以下の方法によって顎骨に埋設される。
まず歯科用エンジンのヘッドにピーソーリーマを取り付け、顎骨の術部の中心にセンターガイド用の孔を穿孔する。その後、サーキュラーナイフをヘッドに取り付け、サーキュラーナイフの軸刃をセンターガイド用の孔に挿入し、センターガイド用の孔の円周上にトレフィンバー用のφ５ｍｍのガイド溝を形成する。その後、ヘッドにφ６ｍｍ〜６．５ｍｍのトレフィンバーを取り付け、センターガイド用の孔に軸刃を挿入し、ガイド溝に沿って顎骨を円周状に切削していく。この切削によって人工固有歯槽骨を植立するための穴が穿孔される。かかる穴に人工固有歯槽骨３１を埋設し、人工固有歯槽骨３１の開口部より内部歯根３２を設置する。この際に内部歯根３２の表面にアパタイトやコラーゲンを塗布しても良い。内部歯根３２を設置した後、歯茎３８を縫合し内部歯根３２を固定する。次に内部歯根の歯茎から突出している歯冠部に、ボタン電池３５が設置された冠３４を接着する。冠を接着する前に冠３４から引き出されているリード線３６を人工固有歯槽骨３１に接続する。リード線３６を接続した後、接着剤を使用して冠３４を内部歯根３２に接着する。

実施の形態５
図５は、本発明に係る更に他の人工固有歯槽骨４１の実施形態の一例を示す模式図である。図５に示すように本発明に係る人工固有歯槽骨４１は棒状に成形されたチタン合金を格子状４５に織成した筒状電極であって、内部歯根の植設箇所を被包するための開口部４４を有している。かかる人工固有歯槽骨４１は、この構成を採用することによって固有歯槽骨を形成する細胞の分化を電流によって誘起せしめる電極として機能する。

実施の形態６
図６は、本発明に係る更に他の人工固有歯槽骨５１の実施形態の一例を示す模式図である。図６に示すように本発明に係る人工固有歯槽骨５１は、棒状に成形されたチタン合金にらせん状に細線５５を巻きつけて織成した筒状電極である。この人工固有歯槽骨５１は、内部歯根の植設箇所を被包するための開口部５４を有している。かかる人工固有歯槽骨５１は、この構成を採用することによって固有歯槽骨を形成する細胞の分化を電流によって誘起せしめる電極として機能する。

実施の形態７
図７は、電流を印加するための電源及び配線が接続されている人工固有歯槽骨６１の実施形態の回路構成の一例を示す図である。図７に示すように、かかる人工固有歯槽骨６１は、筒状電極６２の開口部にチタン製電極棒６３を有している。筒状電極６２は、α−ＴＰＣ＋ＣＯＰブロック、ＨＡ顆粒＋ＢＭＰ５ｍｇ填塞、シリコンコーティングが施されている。また底部はスーパーボンドで封鎖されている。かかるチタン製電極棒６３にはリード線６４が接続され、筒状電極６２の正極側はオペアンプ６５へ、負極側は電圧１．５Ｖのリチウム電池６６の正極に接続される。チタン製電極棒６３とオペアンプ６５の間には、図７に示すように電圧３Ｖのリチウム電池６７が接続されている。筒状電極６２の負極側とリチウム電池６６の間より１５０ｋΩの抵抗６８を介してオペアンプ６５へのリード線が接続され増幅回路が形成されている。回路全体にはシリコーンコーティングが施されている。
上記の人工固有歯槽骨６１に大臼歯型の人工歯根を口腔内に設置し、顎骨に植立し電流を加えたところ、二週間ほどで固有歯槽骨及び骨梁が形成された。かかる人工固有歯槽骨６１を用いることによって、臨床体によって若干の相違は考えられるが、およそ二〜三週間で固有歯槽骨及び骨梁が形成されることが予想される。
従来の大臼歯型の人工歯根の植立具については、固有歯槽骨及び骨梁が形成するまで、おおよそ１０ヶ月程度の経過が必要であった。かかる従来の植立具に比較して、本発明に係る人工固有歯槽骨を使用すれば、極めて短期間に固有歯槽骨及び骨梁を形成できることがわかった。

本発明に係る人工固有歯槽骨の実施形態の一例を示す模式図である。 本発明に係る他の人工固有歯槽骨の実施形態の一例を示す模式図である。 本発明に係る更に他の人工固有歯槽骨の実施形態の一例を示す模式図である。 本発明に係る人工歯根の実施形態の一例を示す断面図である。 本発明に係る更に他の人工固有歯槽骨の実施形態の一例を示す模式図である。 本発明に係る更に他の人工固有歯槽骨の実施形態の一例を示す模式図である。 本発明に係る実施形態の回路構成の一例を示す図である。 固有歯槽骨Ａ及び骨梁Ｂの形成状態を示す模式図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１，５１ 人工固有歯槽骨
２，２２，３２ 内部歯根
３ 緩衝材
４ 義歯
１２，２６ 多数の透孔
２４，４４，５４ 開口部
２５，３５ ボタン電池
２７，３６ リード線
３４ 冠
Ａ 固有歯槽骨
Ｂ 骨梁

Claims (7)

1. 内部歯根の植設箇所を被包するための開口部を有した筒状の人工固有歯槽骨であって、当該人工固有歯槽骨は、網状構造物によって形成され、その表面に固有歯槽骨及び骨梁を形成するための多数の透孔を有し、かつ固有歯槽骨及び骨梁を形成する細胞の分化を電流によって誘起せしめる電極としての機能を有することを特徴とする人工固有歯槽骨。
2. 前記人工固有歯槽骨はＴｉ、Ｔｉ合金、Ｐｔ又はＡｕ合金から形成されていることを特徴とする請求項１に記載された人工固有歯槽骨。
3. 電流を印加するための電源及び配線が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された人工固有歯槽骨。
4. 人工固有歯槽骨の内周面に軸方向に沿って膨出部と陥凹部が交互に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載された人工固有歯槽骨。
5. 膨出部と陥凹部が交互に形成された波状形であることを特徴とする請求項４記載の人工固有歯槽骨。
6. 一端に歯冠部、反対端に根尖部を有する内部歯根と、内部歯根の植設箇所が請求項１乃至５のいずれか一に記載された人工固有歯槽骨によって被包されることを特徴とする人工固有歯槽骨を備えた人工歯根。
7. 一端に歯冠部、反対端に根尖部を有する内部歯根と、内部歯根の植設箇所が請求項１乃至５のいずれか一に記載された人工固有歯槽骨によって被包されており、当該歯冠部に仮歯である冠を被着し、冠の内部に電池を設置し、当該電池より電流を印加するための配線が人工固有歯槽骨に接続されていることを特徴とする人工固有歯槽骨を備えた人工歯根。
   

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