WO2021132449A1 - インプラント - Google Patents

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WO2021132449A1
WO2021132449A1 PCT/JP2020/048401 JP2020048401W WO2021132449A1 WO 2021132449 A1 WO2021132449 A1 WO 2021132449A1 JP 2020048401 W JP2020048401 W JP 2020048401W WO 2021132449 A1 WO2021132449 A1 WO 2021132449A1
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WO
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bone
implant
orientation
microperiodic
orientation direction
Prior art date
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PCT/JP2020/048401
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Inventor
貴由 中野
あいら 松垣
博司 沢田
公介 川原
Original Assignee
国立大学法人大阪大学
キヤノンマシナリー株式会社
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Filing date
Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints

Definitions

  • the present invention relates to implants.
  • Implant is a general term for instruments that are implanted in the body. Widely used for medical purposes, there are artificial tooth roots to be embedded in the jawbone instead of lost tooth roots, and bolts for fixing bones in the treatment of fractures and rheumatism.
  • dental implants include a fixture 51 fixed to the alveolar bone 50, an abutment 52 fitted to the fixture 51, and an artificial tooth fitted to the abutment 52. It includes 53. Note that 55 in FIG. 7 shows the gums.
  • Patent Document 1 a fixture 51 having a fine uneven surface formed on the outer surface. That is, in Patent Document 1, a groove depth of 1 to 30 ⁇ m and a groove width of 1 to 30 ⁇ m are repeatedly formed on the outer surface of the fixture 51.
  • the jawbone adjacent to the implant and the soft tissue (bone and flesh tissue) adhering to the jawbone. It controls the growth and growth direction (orientation) of cell groups in each tissue.
  • a groove having a width in the range of about 2 to 25 microns and a depth in the range of about 2 to 25 microns has been formed, and a micro occlusal surface pit having a microgeometric irregular pattern is formed in this groove.
  • Patent Document 2 The microocclusal surface pits in this case are in the range of about 0.1 to about 4 microns.
  • the tissue that makes bone is mainly composed of collagen fibrils and extracellular matrix that is rich in inorganic substances such as apatites (including calcium phosphate), and this is called bone matrix.
  • This bone matrix is synthesized and secreted by osteoblasts.
  • osteoblasts there are bone-breaking cells that absorb the bone matrix, so in bone, the bone-breaking cells always remove the old bone matrix, and the osteoblasts replace it with the new bone matrix. Will do.
  • the present invention promotes the improvement of bone matrix orientation due to the formation and maturation of adhesive spots at the cell-material interface, thereby promoting the improvement of bone matrix orientation at the pre-stage of bone orientation by mechanical stimulation.
  • the present inventor preferentially arranges osteoblasts along the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure, while the osteoblast produced by the arranged cells. Found that the periodic interval of the fine periodic structure changes in the orientation direction with a predetermined interval value as a boundary.
  • the implant of the present invention has a microperiodic structure provided at a bone implantation site in the body.
  • the adhesion spots are specific according to the periodic interval of the microperiodic structure in the process of cell adhesion and bone matrix formation.
  • the morphology is shown and the orientation direction (orthogonal / parallelism) of the bone matrix is determined.
  • the implant of the present invention it is possible to control the orientation of the bone matrix at the tissue level due to the microperiodic structure.
  • the groove width of the fine periodic structure is set to less than 2 ⁇ m. By setting in this way, cells are less likely to enter the microgrooves, and adhesion spots can adhere to the microperiodic structure. When focal adhesions adhere to the microperiodic structure and mature, specific genes (such as Tspan11) are activated and bone matrix orientation can be obtained.
  • the periodic interval of the microperiodic structure is set to a predetermined interval value or more in which the orientation direction of the bone matrix follows the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure, and the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure is embedded in the body bone. It can be set to be the load direction that acts in the buried state of the part.
  • the load direction is a load direction that acts on the internal bone embedding site in a state where the internal bone embedding site of the present implant is embedded in the internal bone.
  • the orientation direction of the fine grooves of the fine periodic structure shall include those along a straight line (substantially parallel) that intersects the load direction at 30 ° or less.
  • the periodic interval of the microperiodic structure is set to be less than a predetermined interval value at which the orientation direction of the bone matrix intersects the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure, and the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure is set. It can be set to be 60 ° or more (approximately orthogonal) with respect to the load direction acting in the buried state of the bone burial site in the body. By setting in this way, the bone matrix can be oriented in the load acting direction in the pre-stage of bone orientation by mechanical stimulation.
  • the predetermined interval value of the periodic interval of the microperiodic structure in which the orientation direction of the bone matrix produced by the above-mentioned sequenced cells changes can be, for example, 0.6 ⁇ m to 0.9 ⁇ m. If the periodic interval of the microperiodic structure is equal to or greater than the predetermined interval value, the crossing angle of the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure is 30 ° or less (approximately parallel) with respect to the load direction acting in the buried state of the bone burial site in the body. ) Can be oriented. This allows the bone matrix to be oriented in the direction of load action.
  • the crossing angle of the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure is 60 ° or more (approximately orthogonal to the load direction acting in the buried state of the bone burial site in the body). ) Can be oriented. This allows the bone matrix to be oriented in the direction of load action.
  • the implant may include an artificial tooth root, an abutment, and an artificial tooth, and the artificial tooth root constitutes the internal bone embedding site. That is, a dental implant can be constructed.
  • the implant may include a stem, a head, a liner, and a socket, and the stem constitutes the internal bone embedding site. That is, an artificial joint can be constructed.
  • the present invention enables healthy bone regeneration with bone orientation that cannot be achieved by conventional implants, and enables early orientation of surrounding new bone tissue in the pre-stage of bone orientation by mechanical stimulation.
  • the relationship between the microperiodic structure formed in the implant of the present invention and the load acting direction is shown, and is a simplified diagram when the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure and the load acting direction are parallel. It is a simplified figure which shows the relationship between the microperiodic structure formed in the implant of this invention, and the load action direction, and is the case where the orientation direction of the microgroove of the microperiodic structure and the load action direction are orthogonal to each other. It is explanatory drawing of the state in which the implant of this invention is inserted into the alveolar bone. It is a front view of the disassembled state of the implant of this invention. The fine periodic structure is shown, and it is an enlarged view of the main part of FIG. 1A.
  • the fine periodic structure is shown, and it is an enlarged view of the main part of FIG. 1B.
  • FIG. 2 shows a state in which the implant according to the present invention is fitted into the alveolar bone B
  • FIG. 3 shows a disassembled state of this implant.
  • the implant includes a fixture 1 fixed to the alveolar bone B, an abutment 2 fitted to the fixture 1, and an artificial tooth 3 fitted to the abutment 2.
  • the fixture 1 includes a fixture body 1a and a collar 1b arranged on the fixture body 1a. The fixture body 1a is fitted into the alveolar bone B, and the collar 1b corresponds to the gingiva 4.
  • the fixture 1 and the abutment 2 are generally used for this kind of fixture and the abutment, and are composed of titanium, a titanium alloy, stainless steel, ceramics and the like.
  • the artificial tooth 3 includes, for example, a resin (plastic), a ceramic (pottery), a hybrid ceramic in which a ceramic and a resin are mixed, a gold alloy, and the like.
  • such dental implants include a screw type in which a male screw is formed on the fixture 1 and a cylinder type in which a male screw is not formed.
  • the cylinder type is a cylinder type in which a male screw is not formed. ..
  • the main body portion 1b of the fixture 1 can be referred to as an internal bone burial site M.
  • the fixture body 1a of the fixture 1 is provided with a fine periodic structure 6 (see FIG. 4) composed of a plurality of fine grooves 8.
  • the fine periodic structure 6 is formed in a self-organized manner by irradiating a linearly polarized laser with an irradiation intensity near the processing threshold value and scanning while overlapping the irradiated portions. Therefore, the laser surface processing apparatus shown in FIG. 5 is used as the means for creating the fine periodic structure.
  • the laser generated by the laser generator 11 is turned back toward the processing material W by the mirror 12 and guided to the mechanical shutter 13.
  • the mechanical shutter 13 is opened, the laser irradiation intensity can be adjusted by the 1/2 wave plate 14 and the polarization beam splitter 16, the polarization direction is adjusted by the 1/2 wave plate 15, and the condenser lens 17 adjusts the polarization direction.
  • the surface of the processing material W on the XY ⁇ stage 19 is focused and irradiated.
  • the orientation direction of the fine groove 8 of the fine periodic structure acts in the axial direction (longitudinal direction) of the fixture 1 in the buried state of the internal bone burial site M (main body 1a of the fixture 1). It is along the load direction F to be applied, and in FIG. 1B, it is the circumferential direction of the fixture 1 and orthogonal to the load direction F acting in the buried state of the internal bone burial site M (main body 1a of the fixture 1). It is along the direction of doing.
  • the periodic interval of the microgrooves 8 of the microperiodic structure By setting the periodic interval of the microgrooves 8 of the microperiodic structure to less than 2 ⁇ m, it is difficult for osteoblasts to enter the microgrooves of the microperiodic structure, and adhesion spots can be adhered to the microperiodic structure.
  • specific genes such as Tspan11
  • a fine periodic structure 6 composed of fine grooves 8 along the load acting direction is provided, and if the gap between the grooves is equal to or larger than a predetermined interval value, the fine grooves are provided.
  • Oriented bone can be formed that is oriented along the orientation direction of the groove 8.
  • the interval value is less than a predetermined value, an oriented bone perpendicular to the orientation direction of the fine groove 8 can be formed.
  • the bone matrix when the space between the grooves of the microperiodic structure 6 is set to a predetermined interval value or more, the bone matrix can be oriented in the load acting direction.
  • the orientation direction of the microgrooves 8 and the load acting direction are arranged in parallel, but the orientation directions of the microgrooves 8 intersect with the load acting direction at 30 ° or less. Even in this case, the bone matrix can be oriented in the load acting direction.
  • the bone matrix can be oriented in the load acting direction.
  • the orientation direction of the microgrooves 8 and the load acting direction are arranged orthogonally, but even if the orientation direction of the microgrooves 8 intersects the load acting direction at 60 ° or more.
  • the bone matrix can be oriented in the direction of load action.
  • the implant of the present invention controls bone matrix orientation caused by the formation and maturation of focal adhesions at the cell-material interface. Therefore, according to the implant of the present invention, the surrounding new bone tissue can be guided to healthy bone (oriented bone) at an early stage in the pre-stage of bone orientation by mechanical stimulation.
  • FIG. 6 shows an artificial joint, which includes a stem 21, a head 22, a socket 23, and a liner 24 fitted inside the socket 23.
  • the liner 24 is made of materials such as titanium alloy, cobalt-chromium alloy, stainless alloy, tantalum, and ceramic, and the liner 24 is made of ultra-high molecular weight polyethylene, ceramic, and the like.
  • the stem 21 constitutes the internal bone burial site M, and the internal bone burial site M is provided with a microperiodic structure 6 composed of a plurality of microgrooves 8 as shown in FIGS. 1A and 1B. Therefore, it has the same effect as a dental implant.
  • the implant is not limited to a dental implant or an artificial joint, but an intramedullary nail, a bolt or a screw to be embedded in the body, and the like. It may be a plate or the like.
  • the dental implant in the above-described embodiment, it is a cylinder type in which a male screw is not formed, but a screw type in which a male screw is formed may be used.
  • a fine periodic structure composed of a plurality of fine grooves was introduced on the Ti-6Al-4V substrate.
  • the periodic interval of the fine periodic structure was 0.9 ⁇ m when the central wavelength of the laser was 1.03 ⁇ m, and 0.53 ⁇ m when the central wavelength of the laser was 0.8 ⁇ m.
  • Ti-6Al-4V was irradiated with circularly polarized light of a femtosecond laser (center wavelength; 1.03 ⁇ m and 0.8 ⁇ m) with a random-shaped microstructure having the same surface roughness and no orientation. Introduced to the substrate.
  • Osteoblasts and collagen substrates showed no orientation on the substrate into which a random-shaped microstructure without orientation was introduced (see FIG. 10).
  • a substrate having a microperiodic structure composed of a plurality of microgrooves osteoblasts were preferentially arranged along the orientation direction of the microgrooves of the microperiodic structure, while the bone produced by the arranged osteoblasts.
  • the substrate (collagen / apatite) responded differently depending on the periodic interval of the microperiodic structure.
  • the periodic interval of the microperiodic structure is 0.9 ⁇ m
  • the collagen substrate produced by the arranged osteoblasts is fibrotic along the microgrooves of the microperiodic structure and the orientation direction of the cells (see FIGS. 8 and 11).
  • the collagen substrate produced by the arranged osteoblasts forms fibers perpendicular to the microgrooves of the microperiodic structure and the orientation direction of the cells (see FIGS. 9 and 12).
  • the collagen substrate produced by the arranged osteoblasts forms fibers perpendicular to the microgrooves of the microperiodic structure and the orientation direction of the cells (see FIGS. 9 and 12).
  • osteoblast adhesion spots show a specific morphology according to the periodic interval of the microperiodic structure, and adhesion spot maturation is cell arrangement. At the same time, it was suggested that it may control bone matrix orientation.
  • the implant of the present invention is not limited to dental implants and artificial joints, but can be used for intramedullary nails, bolts, screws, plates, etc. embedded in the body.

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Abstract

間葉系幹細胞、骨芽細胞、骨芽前駆細胞が接着斑を介して接着する微細周期構造を体内骨埋設部位に設ける。接着斑は骨基質形成過程で微細周期構造の周期間隔に応じた特異的な形態を示し、微細周期構造の周期間隔が所定間隔値以上では微細周期構造に沿って骨配向化でき、所定間隔値未満では微細周期構造と垂直に骨配向化できる。

Description

インプラント
　本発明は、インプラントに関する。
　インプラントとは、体内に埋め込まれる器具の総称である。医療目的で広く行われ、失われた歯根に代えて顎骨に埋め込む人工歯根、骨折・リウマチ等の治療で骨を固定するためのボルトなどがある。
　歯科用のインプラントは、図７に示すように、歯槽骨５０に固定されるフィクスチャー５１と、このフィクスチャー５１に嵌着されるアバットメント５２と、このアバットメント５２に嵌着される人工歯５３とを備える。なお、図７の５５は歯茎を示している。
　このため、フィクスチャー５１が歯槽骨乃至この歯槽骨の周囲の粘膜組織に密着する必要がある。このため、従来には、フィクスチャー５１の外面に、微細な凹凸面を形成したものがある（特許文献１）。すなわち、この特許文献１では、フィクスチャー５１の外面に、溝深さが１～３０μｍ、溝幅が１～３０μｍを反復形成している。
　このように、フィクスチャー５１の外面に表面パターン（凹溝を反復形成したもの）を形成することによって、インプラント（歯科インプラント構造体）に近接する顎骨、顎骨に接着する軟組織（骨肉組織）における、組織毎の細胞群体の成長と成長の向き（配向）を制御するというものである。
　また、従来には、約２～２５ミクロンの範囲の幅で、約２～２５ミクロンの範囲の深さの溝を形成し、この溝に、微小幾何学不規則パターンの微小咬合面小窩を設けたものがある（特許文献２）。この場合の微小咬合面小窩は約０．１～約４ミクロンの範囲のものである。
特開２０１８－１９８６６３号公報 特表２００７－５２５２８０号公報
  骨をつくっている組織（骨組織）は、主にコラーゲン細線維や、アパタイト類（リン酸カルシウムなどを含む）などの無機質を多く含んだ細胞外基質からできていて、これを骨基質という。この骨基質は骨芽細胞によって、合成・分泌される。また、骨組織には、骨基質を吸収する破骨細胞が存在し、このため、骨は、常に、破骨細胞が古い骨基質を取り除き、そこに、骨芽細胞が新しい骨基質に入れ替えを行うことになる。
　ところで、骨は骨基質の配向により高い力学機能を発揮する。骨再生において、骨密度の回復とともに荷重作用方向に沿った骨配向化の重要性が指摘されている。しかしながら、前記特許文献１のように、細胞サイズの凹溝を反復形成したものでは、細胞-材料界面での接着斑の形成・成熟化に起因した骨基質の配向化を得ることができない。また、特許文献２では、約２～２５ミクロンの範囲の幅で、約２～２５ミクロンの範囲の深さの溝に、微小咬合面小窩が設けられているが、この場合であっても、接着斑の形成・成熟化に起因した骨基質の配向化を得ることができない。
　そのため従来から、インプラント周囲の新生骨組織を早期に健全な骨（配向化骨）にできる構造異方性に考慮したインプラントの開発が望まれている。
　本発明は、上記課題に鑑みて、細胞-材料界面での接着斑の形成・成熟化に起因した骨基質配向性の向上を促進することで、力学刺激による骨配向化の前段階で、周囲の新生骨組織を早期に健全な骨（配向化骨）にできるインプラントを提供する。
　本発明者は、複数の微細溝にて構成される微細周期構造上では、骨芽細胞は微細周期構造の微細溝の配向方向に沿って優先配列化する一方、配列化細胞が産生する骨基質は、微細周期構造の周期間隔が所定間隔値を境に配向方向が変化することを見出した。具体的には、微細周期構造の周期間隔が所定間隔値以上では、細胞の配向方向および骨基質の配向方向がこの微細周期構造の微細溝の配向方向に倣い、所定間隔値未満では、細胞の配向方向はこの微細周期構造の微細溝の配向方向に倣うが、骨基質の配向方向がこの微細周期構造の微細溝の配向方向に直交することを見出した。また、ランダム形状の微細構造上では骨芽細胞および骨基質は無配向となった。本発明のインプラントは微細周期構造を体内骨埋設部位に設けたものである。間葉系幹細胞、骨芽細胞、骨芽前駆細胞が微細周期構造上に接着斑を介して接着すると、接着斑は細胞接着・骨基質形成過程で微細周期構造の周期間隔に応じた特異的な形態を示し、骨基質の配向方向（直交性／平行性）が決定される。
　本発明のインプラントによれば、微細周期構造による組織レベルでの骨基質配向化を制御できる。
　前記微細周期構造の溝幅を２μｍ未満に設定するのが好ましい。このように設定することによって、細胞が微細溝内に入りにくく，接着斑が微細周期構造上に接着することができる。接着斑が微細周期構造上に接着し成熟化すると特定の遺伝子（例えばTspan11など）が活性化し、骨基質の配向化を得ることができる。
　前記微細周期構造の周期間隔を、骨基質の配向方向がこの微細周期構造の微細溝の配向方向に倣う所定間隔値以上に設定して、この微細周期構造の微細溝の配向方向を体内骨埋設部位の埋設状態において作用する荷重方向であるように設定できる。ここで、荷重方向とは、本インプラントの体内骨埋設部位を、体内骨に埋設した状態において、この体内骨埋設部位に作用する荷重方向である。この場合、微細周期構造の微細溝の配向方向として、この荷重方向に対して３０°以下で交差する直線に沿うもの（略平行）も含むものとする。このように設定することによって、力学刺激による骨配向化の前段階で、骨基質を荷重作用方向に配向させることができる。
　前記微細周期構造の周期間隔を、骨基質の配向方向がこの微細周期構造の微細溝の配向方向に対して交差する所定間隔値未満に設定して、この微細周期構造の微細溝の配向方向を体内骨埋設部位の埋設状態において作用する荷重方向に対して６０°以上（略直交）となるように設定できる。このように設定することによって、力学刺激による骨配向化の前段階で、骨基質を荷重作用方向に配向させることができる。
　また、上述した配列化細胞が産生する骨基質の配向方向が変化する微細周期構造の周期間隔の所定間隔値は、一例としては０．６μｍ～０．９μｍとすることができる。微細周期構造の周期間隔が所定間隔値以上であれば、微細周期構造の微細溝の配向方向を、体内骨埋設部位の埋設状態において作用する荷重方向に対して交差角が３０°以下（略平行）となるように配向させることができる。これによって、骨基質を荷重作用方向に配向させることができる。細周期構造の周期間隔が所定間隔値未満であれば、微細周期構造の微細溝の配向方向を、体内骨埋設部位の埋設状態において作用する荷重方向に対して交差角が６０°以上（略直交）となるように配向させることができる。これによって、骨基質を荷重作用方向に配向させることができる。
　インプラントとして、人工歯根と、支台と、人工歯とを備え、前記人工歯根が前記体内骨埋設部位を構成するものであってもよい。すなわち、歯科用のインプラントを構成できる。
　インプラントとして、ステムと、ヘッドと、ライナーと、ソケットとを備え、前記ステムが前記体内骨埋設部位を構成するものであってもよい。すなわち、人工関節を構成できる。
　本発明は、これまでのインプラントでは達成できない骨配向性を有する健全な骨再生が可能となり、力学刺激による骨配向化の前段階で、周囲の新生骨組織を早期に配向化骨にできる。
本発明のインプラントに形成される微細周期構造と、荷重作用方向との関係を示し、微細周期構造の微細溝の配向方向と荷重作用方向が平行の場合の簡略図である。 本発明のインプラントに形成される微細周期構造と、荷重作用方向との関係を示し、微細周期構造の微細溝の配向方向と荷重作用方向が直交する場合の簡略図である。 本発明のインプラントが歯槽骨に嵌入されている状態の説明図である。 本発明のインプラントの分解状態の正面図である。 微細周期構造を示し、図１Ａの要部拡大図である。 微細周期構造を示し、図１Ｂの要部拡大図である。 微細周期構造作成手段の簡略図である。 人工関節の分解図である。 一般的な歯科用のインプラントが歯槽骨に嵌入されている状態の説明図である。 微細周期構造の周期間隔が所定間隔値以上の細胞の配向方向および骨基質の配向方向を示す簡略図である。 微細周期構造の周期間隔が所定間隔値未満の細胞の配向方向および骨基質の配向方向を示す簡略図である。 配向性をもたないランダム形状の微細構造を導入した基板上でのコラーゲン基質免疫染色像である。 複数の微細溝にて構成される微細周期構造（周期間隔０．９μｍ）を導入した基板上でのコラーゲン基質免疫染色像である。 複数の微細溝にて構成される微細周期構造（周期間隔０．５３μｍ）を導入した基板上でのコラーゲン基質免疫染色像である。
　以下本発明の実施の形態を図１～図１２に基づいて説明する。
　図２は本発明に係るインプラントが歯槽骨Ｂに嵌入されている状態を示し、図３はこのインプラントの分解状態を示す。インプラントは、歯槽骨Ｂに固定されるフィクスチャー１と、このフィクスチャー１に嵌着されるアバットメント２と、このアバットメント２に嵌着される人工歯３とを備える。フィクスチャー１は、フィクスチャー本体１ａと、このフィクスチャー本体１ａの上部に配設されるカラー１ｂとからなる。フィクスチャー本体１ａが歯槽骨Ｂ内に嵌入され、カラー１ｂが歯肉４に対応する。
　また、フィクスチャー１及びアバットメント２は、この種のフィクスチャー及びアバットメントに一般的に使用されるものであって、チタン、チタン合金、ステンレス、セラミックス等で構成される。また、人工歯３は、例えば、レジン（プラスチック）、セラミック（陶器）、セラミックとレジンを混ぜたハイブリッドセラミック、金合金などがある。　
　ところで、このような歯科用のインプラントには、フィクスチャー１に雄ねじが形成されたスクリュウ型と、また、雄ねじが形成されないシリンダ型とがあり、この実施形態では、雄ねじが形成されないシリンダ型である。また、このフィクスチャー１の本体部１ｂを体内骨埋設部位Ｍと呼ぶことができる。
　そして、フィクスチャー１のフィクスチャー本体１ａには、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、複数の微細溝８からなる微細周期構造６（図４参照）が設けられている。
　微細周期構造６は、加工閾値近傍の照射強度で直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバーラップさせながら走査して、自己組織的に形成している。このため、微細周期構造作成手段として、図５に示すレーザ表面加工装置を使用する。レーザ発生器１１で発生したレーザは、ミラー１２により加工材料Ｗに向けて折り返され、メカニカルシャッタ１３に導かれる。レーザ照射時はメカニカルシャッタ１３を開放し、レーザ照射強度は１／２波長板１４と偏光ビームスプリッタ１６によって調整可能とし、１／２波長板１５によって偏光方向を調整し、集光レンズ１７によって、ＸＹθステージ１９上の加工材料Ｗ表面に集光照射する。
　微細周期構造の微細溝８の配向方向として、図１Ａでは、フィクスチャー１の軸心方向（長手方向）であって、体内骨埋設部位Ｍ（フィクスチャー１の本体部１ａ）の埋設状態において作用する荷重方向Ｆに沿ったものであり、図１Ｂでは、フィクスチャー１の周方向であって、体内骨埋設部位Ｍ（フィクスチャー１の本体部１ａ）の埋設状態において作用する荷重方向Ｆに直交する方向に沿ったものである。
　微細周期構造の微細溝８の周期間隔は２μｍ未満に設定することによって、微細周期構造の微細溝内に骨芽細胞が入りにくく、接着斑が微細周期構造上に接着することができる。接着斑が微細周期構造上に接着し成熟化すると特定の遺伝子（例えばTspan11など）が活性化し、骨基質の配向化を得ることができる。
　体内骨埋設部位Ｍを歯槽骨Ｂに埋め込んだ場合、荷重作用方向に沿った微細溝８からなる微細周期構造６を設けたものであって、溝間が、所定間隔値以上であれば、微細溝８の配向方向に沿って配向する配向化骨を形成することができる。これに対して、所定間隔値未満とした場合、微細溝８の配向方向と直交する配向化骨を形成することができる。
　このため、図１Ａに示すものでは、微細周期構造６の溝間を所定間隔値以上に設定すると、骨基質を荷重作用方向に配向させることができる。ところで、図１Ａでは、微細溝８の配向方向と荷重作用方向とを平行に配設していたが、微細溝８の配向方向が、荷重作用方向に対して３０°以下で交差したものであってもよく、この場合であっても、骨基質を荷重作用方向に配向させることができる。
　また、図１Ｂに示すものでは、微細周期構造６の溝間を所定間隔値未満に設定すると、骨基質を荷重作用方向に配向させることができる。図１Ｂでは、微細溝８の配向方向と荷重作用方向とを直交に配設していたが、微細溝８の配向方向が、荷重作用方向に対して６０°以上で交差したものであってもよく、この場合であっても、骨基質を荷重作用方向に配向させることができる。
　本発明のインプラントは、細胞-材料界面での接着斑の形成・成熟化に起因した骨基質配向性を制御するものである。このため、本発明のインプラントによれば、力学刺激による骨配向化の前段階で、周囲の新生骨組織を早期に健全な骨（配向化骨）に誘導することができる。
　図６は人工関節を示し、この人工関節は、ステム２１と、ヘッド２２と、ソケット２３と、ソケット２３の内側にはめ込まれるライナー２４とを備える。ライナー２４以外は、チタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス合金、タンタル、セラミックなどの材質からなり、ライナー２４は、超高分子ポリエチレン、セラミック等からなる。
　ステム２１が、体内骨埋設部位Ｍを構成し、この体内骨埋設部位Ｍに図１Ａ及び図１Ｂに示すような複数の微細溝８からなる微細周期構造６が設けられている。このため、歯科用のインプラントと同様の作用効果を奏することになる。
　本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、インプラントとして、歯科用インプラントや人工関節に限るものではなく、髄内釘、体内に埋め込まれるボルト、スクリュー、プレート等であってもよい。また、歯科用インプラントとして、前記実施形態では、雄ねじが形成されないシリンダ型であったが、雄ねじが形成されたスクリュウ型であってもよい。
　フェムト秒レーザ（中心波長；１．０３μｍおよび０．８μｍ）の直線偏光照射により、Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ基板に複数の微細溝にて構成される微細周期構造を導入した。微細周期構造の周期間隔は、レーザの中心波長が１．０３μｍの場合は０．９μｍとなり、レーザの中心波長が０．８μｍの場合は０．５３μｍとなった。対照群として、同等の表面粗さを保ちつつ配向性をもたないランダム形状の微細構造をフェムト秒レーザ（中心波長；１．０３μｍおよび０．８μｍ）の円偏光照射により、Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖ基板に導入した。
　マウス新生児頭蓋冠より単離した初代骨芽細胞を基板上で培養し、初期接着に基づく細胞配向性および細胞骨格たんぱく質・接着斑の形態を免疫細胞化学にて定量的に解析した。長期培養では、石灰化誘導を行い、レーザラマン顕微鏡によりコラーゲン配向性を解析した。
　配向性をもたないランダム形状の微細構造を導入した基板上では、骨芽細胞およびコラーゲン基質は無配向を示した（図１０参照）。複数の微細溝にて構成される微細周期構造を導入した基板上では、骨芽細胞は微細周期構造の微細溝の配向方向に沿って優先配列化した一方、配列化骨芽細胞が産生する骨基質（コラーゲン／アパタイト）は、微細周期構造の周期間隔に応じて異なる応答を示した。微細周期構造の周期間隔が０．９μｍ場合、配列化骨芽細胞が産生するコラーゲン基質は、微細周期構造の微細溝および細胞の配向方向に沿って線維形成され（図８、図１１参照）、微細周期構造の周期間隔が０．５３μｍ場合、配列化骨芽細胞が産生するコラーゲン基質は、微細周期構造の微細溝および細胞の配向方向に垂直に線維形成する（図９、図１２参照）ことが認められた。
　複数の微細溝にて構成される微細周期構造を導入した基板上では、骨芽細胞の接着斑は微細周期構造の周期間隔に応じた特異的な形態を示し、接着斑成熟化が細胞配列化とともに、骨基質配向化を制御する可能性が示唆された。
　本発明のインプラントとして、歯科用インプラントや人工関節に限るものではなく、髄内釘、体内に埋め込まれるボルト、スクリュー、プレート等に利用可能である。
６     微細周期構造
８     微細溝
Ｍ     体内骨埋設部位

Claims (6)

  1. 　間葉系幹細胞、骨芽細胞、骨芽前駆細胞が接着斑を介して接着する複数の微細溝にて構成される微細周期構造を体内骨埋設部位に設けたことを特徴とするインプラント。
  2. 　前記微細周期構造の周期間隔を、骨基質の配向方向がこの微細周期構造の微細溝の配向方向に倣う所定間隔値以上に設定して、この微細周期構造の配向方向を体内骨埋設部位の埋設状態において作用する荷重方向としたことを特徴とする請求項１に記載のインプラント。
  3. 　前記微細周期構造の周期間隔を、骨基質の配向方向がこの微細周期構造の微細溝の配向方向に対して交差する所定間隔値未満に設定して、この微細周期構造の配向方向を体内骨埋設部位の埋設状態において作用する荷重方向と交差させたことを特徴とする請求項１に記載のインプラント。
  4. 　前記所定間隔値が０．６μｍ～０．９μｍであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインプラント。
  5. 　人工歯根と、支台と、人工歯とを備え、前記人工歯根が前記体内骨埋設部位を構成することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のインプラント。
  6. 　ステムと、ヘッドと、ライナーと、ソケットとを備え、前記ステムが前記体内骨埋設部位を構成することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のインプラント。
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