生体吸収性金属

生体吸収性金属の開発を推進する主な要因は、体内で安全に分解しながら金属のような機械的特性を提供できる能力にあります。^{[ 1 ]}これは整形外科の用途において特に重要です。整形外科では、多くの手術でインプラントは一時的なサポートを提供するだけで済みますが（周囲の組織が治癒するまで）、現在の生体金属の大部分は永久的なものです（例：ステンレス鋼、チタン）。インプラントが分解されるということは、機能寿命の終わりに材料を除去するための介入や二次手術が不要になることを意味し、患者と医療システムの両方でコストと時間を大幅に節約できます。さらに、現在の生体金属の腐食生成物（体内である程度腐食する）は、一般的に生体適合性があるとは言えません。

生体吸収性金属が、既存の非分解性材料に比べて持つ利点、すなわち生分解性こそが、その開発と普及における最大の課題となっている。あらゆるインプラントは生分解性であるため、その形状、ひいては機械的特性が使用期間を通じて変化する。したがって、あらゆるインプラント、特に整形外科用途向けに設計されたインプラント（故障すれば死に至る可能性がある）については、ライフサイクル分析を実施する必要がある。

金属の腐食に関する現在の基準は、生体吸収性金属の試験において、試験管内試験ではうまく適用できないことがわかっています。^{[ 8 ]}これは、研究コミュニティで実施される試験の大部分が、生物医学と工学（腐食など）コミュニティの両方からの他の基準の混合であるため、結果の比較が困難になることが多いという重大な問題です。

生体吸収性金属のすべての元素自体は生体適合性があると考えられるが、分解生成物の形態や元素構成（または元素の組み合わせ）によっては、体内で有害な反応を引き起こす可能性がある。さらに、Mg合金の分解に伴う水素ガスの急速な発生は、生体内でさらなる問題を引き起こす可能性がある。^{[ 9 ]したがって、毒性や炎症の可能性を考慮して、各インプラントの腐食と放出される生成物を詳細に理解することが極めて重要である。文献にある研究の大部分は、カルシウム[ 10 ] [ 11 ]や亜鉛[ 12 ]}など、生体適合性があるか体内に豊富に存在することが知られている元素に焦点を当てている。

おそらくこのカテゴリーで最も広く研究されている材料であるマグネシウムは、もともと1878年に医師のエドワード・C・ヒューズが止血用の結紮糸として使用した際に、潜在的な生体材料として研究されました。 ^{[ 13 ]}開発は1920年代まで続きましたが、その後、マグネシウムベースの生体材料は、その性能の悪さ（合金中の不純物が腐食を大幅に増加させたためと思われる）により、一般的な研究から外れました。1990年代後半になってようやく関心が再び高まり始めました。マグネシウムは骨に近い密度を持ち、体内に吸収されます。マグネシウムは、比較的低コスト、高い比強度、骨に近い弾性率により、応力遮蔽を回避し、組織応力の均一な分布を可能にするため、整形外科用途で注目されています。^{[ 14 ] [ 15 ]}

現在、マグネシウムに関する研究のほとんどは、劣化速度の低減と制御に焦点を当てており、多くの合金は（試験管内で）実用化するには腐食速度が速すぎる。^{[ 7 ] [ 16 ]}

鉄系合金の研究の大部分は、ステントなどの心血管用途に焦点を当ててきました。^{[ 17 ]}しかし、この分野はマグネシウム系合金に比べて研究コミュニティからの関心がはるかに低いです。

これまで、主に亜鉛をベースとした生体材料の使用に関する研究はほとんど発表されておらず、腐食速度は非常に低く、亜鉛は許容毒性範囲内であることがわかっています^{[ 6 ] [ 7 ]}。さらに、純粋な亜鉛は機械的特性が劣っており、引張強度は約100～150 MPa、伸びは0.3～2%で、整形外科用インプラント材料として必要な強度（引張強度は300 MPa以上、伸びは15%以上）には遠く及びません。合金や複合材料の製造は、亜鉛の機械的性能を向上させる優れた方法であることが証明されています。^{[ 18 ]}

厳密に言えば副次的な分野ではあるが、関連する比較的新しい関心分野として、生体吸収性金属ガラスの研究があり、UNSW の研究グループが現在これらの新しい材料を研究している。^{[ 19 ]}