オッセオインテグレーション

オッセオインテグレーション（ラテン語のosseus「骨」とintegrare「完全にする」に由来）は、生体骨と荷重支持人工インプラント（1981 年にAlbrektssonらが定義した「荷重支持」 ）の表面との間の直接的な構造的および機能的結合です。より最近の定義（Schroeder らによる）では、オッセオインテグレーションは「機能的強直（骨の接着）」と定義され、新しい骨がインプラント表面に直接置かれ、インプラントが機械的安定性（つまり、機械的振動やせん断力による不安定化に対する抵抗力）を示します。オッセオインテグレーションは、医療用骨および関節置換技術の科学、歯科インプラント、および切断患者用補綴物の改良を促進しました。^{[出典が必要]}

オッセオインテグレーションは、「軟部組織を介さずにインプラントと骨の間に直接的な界面が形成されること」とも定義されています。^[1]

骨結合型インプラントは、「骨芽細胞と支持結合組織が移行できる孔を含む骨内インプラント」と定義されるインプラントの一種です。 ^[2]口腔インプラント学に当てはめると、これは介在する軟部組織層なしでインプラント表面まで骨が成長することを指します。骨とインプラント表面の間には瘢痕組織、軟骨、靭帯繊維は存在しません。骨とインプラント表面の直接接触は顕微鏡で確認できます。^[要出典]

オッセオインテグレーションは次のように定義されることもある: ^{[引用が必要]}

1. 骨の統合とは、介在する結合組織なしで骨組織が不活性な異質材料に直接付着または結合しているように見える状態です。
2. 結合組織を介さずに、内因性物質の表面と宿主の骨組織が直接接続されるプロセスとその結果生じる見かけ上の接続。
3. 異質材料と骨の間の界面。

オッセオインテグレーションは、1940年にボーテ、ビートン、ダベンポートによって初めて観察されましたが、明確には述べられていませんでした。[ ^{3] [ 4]}ボーテらは、動物にチタンを移植した最初の研究者であり、チタンが骨と融合する傾向があることを指摘しました。^{[3] [4]} ボーテらは、チタンの元素特性、強度、硬度により、将来の補綴材料として使用される可能性が非常に高いと報告しました。^{[3] [4]}ゴットリープ・レーベンタールは1951年にオッセオインテグレーションについて記述した。^{[3] [5]}レーベンタールはラットの大腿骨にチタン製のネジを留置し、「6週間後、ネジは最初に留置した時よりもわずかにきつく締まっていた。12週間後、ネジは取り外しにくくなり、16週間後、ネジは非常にきつく締まったため、ある標本ではネジを抜こうとすると大腿骨が骨折した。骨構造の顕微鏡検査ではインプラントに対する反応は見られず、骨梁形成は完全に正常であった。」と述べた。 ^{[3] [5]}レーベンタールとボーテらによって記述された反応は、後にスウェーデンのペル・イングヴァル・ブローネマルクによって「オッセオインテグレーション」という用語に作り変えられた。1952年、ブローネマルクはチタン製のインプラントチャンバーを使用してウサギの骨の血流を調べる実験を行った。実験の終わりに、チタン製のチャンバーを骨から取り外すとき、骨がインプラントと完全に一体化しており、チャンバーを取り外すことができないことがわかった。ブローネマルクはこれを「骨結合」と呼び、彼以前のボテらやレベンタールと同様に、人間への使用の可能性を見出していた。^{[3] [4] [5]}

歯科においてオッセオインテグレーションの導入は、ブローネマルクの研究の結果として1960年代半ばに始まりました。^{[6] [7] [8] [9]} 1965年、当時ヨーテボリ大学の解剖学教授であったブローネマルクは、最初の人間の患者であるイェスタ・ラーソンに歯科インプラントを埋め込みました。この患者は口蓋裂の欠陥があり、口蓋閉鎖孔を支えるためにインプラントが必要でした。イェスタ・ラーソンは2005年に亡くなりましたが、元のインプラントは40年間機能した後もまだそこにありました。^[10]

1970年代半ば、ブローネマルクはスウェーデンの防衛企業ボフォースと商業提携を結び、歯科インプラントとその設置に必要な器具を製造した。最終的に、この製品ラインに集中するためにボフォースの分社であるノーベルファーマが設立された。ノーベルファーマはその後ノーベルバイオケアとなった。^[10]

ブローネマルクは、オッセオインテグレーションが実行可能な治療法として受け入れられるよう、科学界とほぼ 30 年間戦いました。スウェーデンでは、科学会議で公然と嘲笑されることがよくありました。大学は彼の研究への資金提供を停止したため、彼は患者の治療を続けるために個人クリニックを開設せざるを得ませんでした。やがて、スウェーデンで行われている研究に、新興の若い学者たちが注目し始めました。トロントのジョージ ザーブはマルタ生まれのカナダ人補綴歯科医で、オッセオインテグレーションの概念を広く世界に広める上で重要な役割を果たしました。1983 年のトロント会議は、ブローネマルクの研究が最終的に世界中の科学界に受け入れられた転換点であると一般に考えられています。オッセオインテグレーションは現在、非常に予測可能で一般的な治療法です。^[10] 2010年以来、オーストラリアのシドニーのムンジェド・アル・ムデリス教授は、プラズマ溶射表面を備えた高張力チタンインプラントを、切断患者の骨残渣に挿入され、皮膚の開口部を介してロボット義肢に接続する髄内義肢として使用しています。これにより、切断患者はより快適に、より少ないエネルギー消費で移動できるようになります。アル・ムデリス教授はまた、骨結合義肢と関節置換術を組み合わせた最初のシリーズを発表し、膝関節炎または短い残存骨を持つ膝下切断患者がソケット義肢を必要とせずに歩行できるようにしました。^[11]

2015年12月7日、イラク自由作戦/不朽の自由作戦の退役軍人であるブライアント・ジェイコブスとエド・サラウの2​​人が、アメリカで初めて経皮的骨結合型人工関節を装着した。^[12]第一段階では、ソルトレイク退役軍人病院の医師が各患者の大腿骨にチタンスタッドを埋め込んだ。約6週間後、彼らは戻って人工関節のドッキング機構を取り付けた。^[要出典]

2021年にアル・ムデリス教授は、医学博士号取得に必要な論文を発表し、「切断患者の骨結合：過去、現在、未来-基礎科学、外科技術の革新、インプラント設計、リハビリテーション戦略」について論じた。^[13]

オッセオインテグレーションは、インプラントの特性（マクロジオメトリ、表面特性など）が分子および細胞の挙動を調整する役割を果たす動的なプロセスです。^[14]オッセオインテグレーションはさまざまな材料を使用して観察されていますが、チタンまたはリン酸カルシウム誘導体でコーティングされたチタンに対する骨組織の反応を説明するために最もよく使用されます。^[15]以前は、チタンインプラントは機械的安定化または界面結合の作用によって骨に保持されると考えられていました。または、リン酸カルシウムコーティングされたインプラントは化学結合によって安定化されると考えられていました。現在では、リン酸カルシウムコーティングされたインプラントとチタンインプラントの両方が、カルシウム原子とチタン原子の直接接触、またはインプラント/骨界面のセメント線のような層への結合によって骨と化学的に安定化されることがわかっています。 ^{[16] [17]}いくつかの違い（たとえば、軟骨前駆細胞の欠如など）はありますが、オッセオインテグレーションは骨折治癒と同じメカニズムで発生します。^{[18] [19]}

骨結合型歯科インプラントには、金属、セラミック、ポリマー材料が使用されており、^[2]特にチタンが使用されている。^[20]骨とインプラントの接続が 100% である必要はなく、骨結合の本質は、組織学的観点からの接触の程度よりも、固定の安定性に由来する。簡単に言えば、機能的負荷時に骨内で臨床的に無症状の異質材料の強固な固定が達成され、維持されるプロセスである。^[21]インプラントの治癒時間と初期安定性は、インプラントの特性によって決まる。例えば、スクリュールートフォーム設計を使用するインプラントは、骨に対するスクリューの作用により、高い初期の機械的安定性を実現する。インプラントの設置後、治癒には通常、インプラントが骨に完全に結合するまでに数週間から数ヶ月かかる。^{[22] [23] [24]}数週間後に最初の結合の兆候が現れ、その後数か月から数年かけて徐々により強固な結合が達成される。^[25] スクリュールートフォーム設計のインプラントでは、骨吸収が起こり、その後界面骨のリモデリングとインプラント周囲の成長が起こります。^[26]

プラトールート型インプラント（またはネジのピッチ間の隙間が十分に広いネジルート型インプラント）は、インプラント周囲の骨化の異なるモードを経ます。前述のネジルート型インプラントとは異なり、プラトールート型インプラントはインプラント表面に新たな骨形成を示します。^[27]プラトールート型インプラントによって示される骨治癒のタイプは、膜内様治癒として知られています。^[26]

オッセオインテグレーションされた界面は時間の経過とともに外部からの衝撃に耐性を持つようになるが、長期にわたる有害な刺激や過負荷によって損傷を受ける可能性があり、インプラントの故障を引き起こす可能性がある。^{[28] [29]} 「ミニ歯科インプラント」を使用した研究では、適切なオッセオインテグレーションを可能にするには、骨とインプラントの界面での微小運動がない必要があることが指摘されている。^[30]また、微小運動の臨界閾値があり、それを超えるとオッセオインテグレーションではなく繊維性カプセル化プロセスが発生することも指摘されている。^[31]

外部からの衝撃がない場合でも、他の合併症が発生する場合があります。1つの問題はセメント質の成長です。^[32]通常の場合、インプラント表面にセメント質がないため、コラーゲン繊維の付着が妨げられます。これは通常、インプラントを受容する領域にセメント質前駆細胞がないため発生します。しかし、そのような細胞が存在する場合、インプラント表面上または周囲にセメントが形成され、機能的なコラーゲン付着部がそれに付着する可能性があります。^[33]

2005年以降、多くの整形外科用機器メーカーが多孔質金属構造の製品を導入している。^{[34] [35] [36]}哺乳類の臨床研究では、チタンフォームなどの多孔質金属は多孔質領域内に血管系を形成できる可能性があることが示されている。^{[37]整形外科用途では、}タンタルやチタンなどの金属がよく使用される。これらの金属は引張強度と耐腐食性が高く、生体適合性に優れているからである。^[要出典]

金属フォームの骨結合のプロセスは、骨移植のプロセスと似ています。金属フォームの多孔質の骨のような特性は、広範囲の骨浸潤に寄与し、骨芽細胞の活動を可能にします。さらに、多孔質構造により、インプラント内で軟組織の接着と血管新生が可能になります。これらの材料は現在、股関節置換術、膝関節置換術、歯科インプラント手術に使用されています。^[要出典]

インプラントの骨結合レベルとその後の安定性を測定する方法は数多くあります。広く使用されている診断法の 1 つは、歯科用器具をインプラント キャリアに軽くたたく打診分析です。^[38]結果として生じる鳴り声の性質は、インプラントの安定性の定性的な尺度として使用されます。一体型インプラントは高音の「クリスタル」音を発しますが、非一体型インプラントは鈍く低音の音を発します。^[39]

もう一つの方法は、逆トルクテストで、インプラントキャリアを緩める方法です。逆トルク圧力で緩まなければ、インプラントは安定しています。インプラントが圧力下で回転すると、失敗とみなされ、除去されます。^[40]この方法は、骨結合の途中にある骨を骨折するリスクがあります。^[38]また、回転するインプラントが正常に結合し続けることができるというテスト結果が出ているため、骨領域の骨結合の可能性を判断するには信頼性がありません。^[41]

非侵襲的で、ますます導入が進んでいる診断法は、共振周波数分析（RFA）です。^[38]共振周波数分析装置は、インプラントに一時的に取り付けられた小さな金属棒に振動を引き起こします。棒が振動すると、プローブがその共振周波数を読み取り、それをインプラント安定指数（ISQ）に変換します。この指数は1～100の範囲で、100が最高の安定状態を示します。57～82の範囲の値は一般的に安定していると見なされますが、各ケースを個別に検討する必要があります。^[38]

骨結合型義肢の特徴の 1 つは、義肢の機械的動作 (たとえば触覚) が骨を通じて振動として伝達されることです。^[42] この「骨知覚」とは、義肢のユーザーが義肢が外界とどのように相互作用しているかをより正確に認識できることを意味します。たとえば、骨結合型下肢義肢のユーザーは、骨知覚により、どのような種類の土の上を歩いているのかがわかると報告しています。^[43]

骨に固定された上肢および下肢の義肢のユーザーに関する最近の研究では、この骨知覚は機械受容器だけでなく聴覚受容器によっても媒介されていることが示されています。^{[44] [45]}これは、ユーザーが装置への機械的影響を感じるだけでなく、義肢の動きも聞くことを意味します。この機械的および聴覚的感覚知覚の組み合わせが、従来のソケット吊り下げ式装置と比較して、骨結合型義肢のユーザーの環境知覚が改善されている原因であると考えられます。ただし、この暗黙の感覚フィードバックが日常生活で義肢ユーザーに実際にどの程度影響するかは明らかではありません。^[46]

• 人工インプラント（例：人工関節置換術、歯科インプラント）は応用分野である
• 人工耳（耳プロテーゼ）、顎顔面再建、眼（眼窩プロテーゼ）、鼻（鼻プロテーゼ）などの頭蓋顔面プロテーゼの保持
• 骨接合型義肢^[47]
• 骨伝導補聴器（骨伝導補聴器）
• アイボーグは音波（骨を通じた音伝導）を通じて色を認識します
• 膝関節および股関節の置換

• トラベキュラーメタル素材: BoneTM に次ぐ優れた素材: トラベキュラーメタルテクノロジー

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• 骨結合型歯科インプラントに関する臨床研究
• 神経制御と感覚フィードバックを備えた器用な経橈骨骨結合型義肢、ホライズン 2020 EU 研究イノベーション枠組みプログラム