顔面インプラントと生体材料

インプラント用生体材料の選択には、材料と組織の相互作用の組織病理学と宿主の反応を理解する必要があります。すべてのインプラント材料は、インプラントと宿主の間にバリアを形成する結合組織カプセルの形成を引き起こします。副作用は、インプラント材料に対する未解決の炎症反応の結果です。インプラントの挙動は、上皮の厚さ、組織床の瘢痕、下層の骨の構造など、インプラントの不安定性を引き起こす可能性のある埋入部位の構成特性にも依存します。たとえば、インプラントがより深く埋入され、厚い軟部組織層に覆われている場合、露出したりずれたりする可能性は低くなります。術中および術後における血腫、漿液腫、感染の予防など、その他の重要な要素は、インプラントと宿主の相互作用を予防し、インプラントの安定性を高めるために役立ちます。

理想的なインプラント

理想的なインプラント材料は、費用対効果が高く、無毒性、非抗原性、非発がん性、レシピエントに許容され、感染耐性があることが求められます。また、不活性で、容易に成形でき、展性があり、移植が容易で、元の形状を永久に維持できることも重要です。さらに、手術中にインプラントの完全性を損なうことなく、レシピエント部位のニーズに合わせて容易に形状を変更・調整でき、加熱滅菌にも耐性があることも重要です。

好ましい表面特性は、インプラントの設置と安定化に不可欠です。逆説的に、これは周囲の組織を損傷することなく除去と交換を大幅に容易にすることにもなります。インプラントの固定は、患者の生涯にわたってインプラントが所定の位置に固定されることを意味します。シリコーンエラストマーなどのインプラント材料は、インプラントを所定の位置に保持する周囲カプセルの形成を促しますが、多孔質ポリテトラフルオロエチレン (ePTFE) はカプセル化が少なく、組織の増殖が最小限で固定されます。受容生物との各材料の相互作用は、さまざまな臨床状況で特定の利点を提供します。顕著な組織の増殖と永久固定を誘導する材料は、多くの場合望ましくなく、特に患者が数年後に矯正を変更したい場合です。シリコーンの自然なカプセル化プロセスと ePTFE インプラントの表面増殖が最小限であるため、固定性が確保され、周囲の軟部組織を損傷することなくインプラントを交換できます。

理想的なインプラントの形状は、隣接する骨表面と融合するテーパー状のエッジを持つべきであり、これにより周囲の受容部への非触知かつ知覚できない移行が実現されます。下層構造によく適合するプラスチックインプラントは、さらに可動性が低くなります。その外面形状は、その部位の自然な解剖学的構成を模倣する必要があります。新しいシリコンインプラントConform（Implantech Associates、米国）は、下層骨表面との適合性を向上させるように設計されています。例えば、新しいタイプのメッシュ表面で鋳造されたインプラントは、シリコンエラストマーの形状記憶を低減し、柔軟性を向上させます。凹凸のある骨表面への適合性が向上することで、インプラントのずれが生じにくくなり、インプラントと下層骨の間にデッドスペースが形成されるのを防ぎます。生体材料の研究開発への関心が高まり、顔面手術において両方の生体材料の利点を兼ね備えた複合インプラント（シリコンとePTFEで構成）が開発されました（私信、Implantech AssociatesおよびGore、1999年）。

インプラント用生体材料

• 高分子材料/モノリスポリマー
  • シリコーンポリマー

1950年代以来、シリコーンは一貫して優れた安全性と有効性を有し、広く臨床使用されてきた長い歴史を持っています。シリコーンの化学名はポリシロキサンです。現在、3DコンピュータモデリングとCAD/CAM（コンピュータ支援設計/コンピュータ支援製造）技術を用いて個別に加工できるのは、シリコーンエラストマーのみです。製造特性は製品の安定性と純度に影響を与えます。例えば、インプラントが硬いほど、安定性が高くなります。デュロメーター硬度が10未満のインプラントはゲルの性質に近づき、時間の経過とともに内部の分子内容の一部が「エッチング」または失われます。しかし、シリコーンゲル乳房インプラントに関する最近の研究では、シリコーンと強皮症、全身性エリテマトーデス、全身性血管炎、膠原病、その他の自己免疫疾患の発症との客観的な関連性は示されていません。高密度シリコーンエラストマーは化学的不活性が高く、疎水性で極めて安定しており、毒性反応やアレルギー反応を引き起こしません。高密度シリコーンインプラントに対する組織反応は、組織の増殖を伴わない線維性被膜の形成を特徴とします。インプラントが不安定であったり、十分な軟部組織被覆がない状態でインプラントが留置された場合、中等度の軽度の炎症や漿液腫形成を引き起こす可能性があります。インプラントが浅すぎる位置に配置されていたり、上部の皮膚に移動していない限り、被膜拘縮やインプラントの変形はまれです。

• • ポリメチルメタクリレート（アクリル）ポリマー

ポリメチルメタクリレートポリマーは粉末混合物として供給され、触媒作用を受けると非常に硬い材料になります。アクリルインプラントの剛性と硬さは、大きなインプラントを小さな穴から挿入する必要がある多くの状況で問題となります。完成したインプラントは、下地骨の輪郭に適合させることが困難です。

• • ポリエチレン

ポリエチレンは様々な粘稠度で製造可能ですが、現在最も普及しているのは多孔質ポリエチレンです。メドポア（WLゴア社、米国）としても知られる多孔質ポリエチレンは、炎症反応が最小限で安定しています。しかし、密度が高く、成形が困難です。ポリエチレンの多孔性により、線維組織の増殖が著しく促進され、インプラントの安定性が向上します。しかし、周囲の軟組織を損傷することなく除去することは非常に困難であり、特にインプラントが軟組織被覆の薄い部位にある場合は困難です。

• • ポリテトラフルオロエチレン

ポリテトラフルオロエチレンは、それぞれ独自の臨床使用の歴史を持つ材料群です。よく知られたブランド名の一つにポロプラストがありましたが、顎関節への使用に伴う合併症のため、現在では米国では製造されていません。この材料は、大きな機械的ストレスを受けると崩壊し、その後激しい炎症、厚い被膜形成を伴う感染、そして最終的には脱落または剥離を引き起こします。

• • 多孔質ポリテトラフルオロエチレン

この素材は当初、心臓血管外科手術用に開発されました。動物実験では、結合組織の増殖が限定的で、被膜形成がなく、炎症反応も最小限であることが示されています。時間経過を追跡した炎症反応は、顔面輪郭形成に使用される多くの素材と比較して良好です。この素材は、皮下組織増強および成形インプラントの作製に適していることが分かっています。組織の増殖が著しくないため、ePTFEは皮下組織増強において、感染発生時に再加工・除去が可能という利点があります。

• 架橋ポリマー

Marlex（Davol社、米国）、Dacron、Mersilene（Dow Corning社、米国）などのメッシュポリマーには、折り畳み、縫合、成形が容易という同様の利点があります。しかし、結合組織の増殖を許し、メッシュの除去が困難になります。ポリアミドメッシュ（Supramid）はナイロン誘導体で、吸湿性があり、生体内で不安定です。多核巨細胞を含む弱い異物反応を引き起こし、時間の経過とともにインプラントの分解と吸収につながります。

• 金属

金属は主にステンレス鋼、チタン、金、チタンです。上眼瞼のバネや歯科修復など、金が使用される一部のケースを除き、チタンは長期インプラントに最適な金属です。これは、チタンの高い生体適合性と耐腐食性、強度、そしてCT撮影時のX線減衰が最小限であることによるものです。

• リン酸カルシウム

リン酸カルシウム系材料、すなわちハイドロキシアパタイトは、骨形成を促進するものではありませんが、隣接部位から骨が成長するための基質を提供します。顆粒状のハイドロキシアパタイト結晶は、顎顔面外科手術において歯槽骨突起の増強に使用されます。ブロック状のハイドロキシアパタイトは、骨切り術における間置インプラントとして使用されます。しかし、ハイドロキシアパタイトは脆く、成形や輪郭形成が難しく、骨表面の凹凸に適応できないため、骨増強やオンレイ用途には適さないことが示されています。

自家移植、同種移植、異種移植

自家骨、軟骨、脂肪などの自家移植は、ドナー部位の合併症やドナー材料の入手しやすさという制約から、容易には使用できない。鼻の再建には加工軟骨同種移植片が用いられるが、時間の経過とともに骨吸収や線維化が生じる。その他の材料や注入剤も市販されている。

組織工学と生体適合性インプラントの作製

近年、組織工学は学際的な分野となっています。合成化合物の特性を改変することで、分離した細胞の集合体を受容体に送達し、新たな機能組織を作製することが可能になります。組織工学は、自然科学、組織培養、移植など、多くの分野における進歩に基づいています。これらの技術により、細胞を浮遊させ、組織マトリックスの形成のための三次元環境を提供します。マトリックスは細胞を包み込み、栄養素とガスの交換を促進し、結果としてゼラチン状の新しい組織が形成されます。これらの新しい組織工学の原理に基づいて、関節軟骨、気管輪軟骨、耳軟骨など、多くの軟骨インプラントが開発されています。また、アルギン酸を注射器で注入することで、膀胱尿管逆流症の治療のための生体内軟骨の作製に成功しています。その結果、尿の逆流を防ぐ不規則な形状の軟骨細胞巣が形成されました。組織工学は精密な形状の軟骨を提供することが可能であり、免疫適合性細胞と間質物質からなる様々なタイプの輪郭形成型顔面インプラントが現在開発されています。これらの技術の導入により、ドナー部位における合併症が減少し、アロプラスティックインプラントと同様に手術時間も短縮されます。

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]