関節リウマチ上肢人工関節開発に関する研究

文献情報

• 文献番号: 200631005A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 関節リウマチ上肢人工関節開発に関する研究
• 課題番号: H16-免疫-一般-006
• 研究年度: 平成18(2006)年度
• 研究代表者(所属機関): 三浪 明男(北海道大学大学院医学研究科高次診断治療学専攻機能再生医学講座)

研究分担者(所属機関)

• 馬場　久敏(福井大学器官制御医学講座整形外科学分野)
• 加藤　博之(信州大学医学部整形外科)
• 岩崎　倫政(北海道大学病院整形外科)
• 村瀬　剛(大阪大学大学院医学研究科整形外科)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 免疫アレルギー疾患予防・治療研究
• 研究開始年度: 平成16(2004)年度
• 研究終了予定年度: 平成18(2006)年度
• 研究費: 12,000,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

関節リウマチ（RA）により高度に冒された下肢関節に対する人工関節置換術はほぼ確立した治療法として患者のQOLおよびADL向上に多大な福音をもたらしている。それに対して上肢関節（肩、肘、手関節）に対する人工関節置換術は中期成績であっても安定しておらず、上肢関節の人工関節開発は急務ということができる。日本人にフィットした新しい上肢人工関節が開発されることにより患者のQOL、ADLが向上し、介護の割合の低下が期待される。

研究方法

１．肩関節：人工関節肩甲骨関節窩上方に作成したフードの長さを変えた場合の応力分布を有限要素法にて検索すると同時に、屍体肩に人工肩関節を挿入し、可動域測定を行った。２．肘関節：上腕骨遠位部および尺骨近位部の髄腔径を測定し、プロトタイプの人工肘関節を作成し、in vivoでのCTを用いた動態分析法により実際に挿入した場合の可動域を測定した。３．手関節：既に作成した人工手関節を屍体に挿入し可動域測定および屈筋腱、伸筋腱に重垂を掛けて適合性についてX線学的に検討した。また、破砕試験、耐久試験を行った。

結果と考察

１．肩関節：人工関節肩甲骨関節窩上方に作成したフードの短いもの（10mm）が応力分析の平均分布が得られ、将来的なゆるみ発生を防止できると考えられた。また、75°程度の可動域が得られた。２．肘関節：新しく作成したプロトタイプの人工肘関節は上腕骨、尺骨の骨髄腔の占拠率も大幅に向上した。また、可動域も良好であった。３．手関節：新たに作成したプロトタイプの人工手関節の可動域はほぼ正常であり、関節の適合性も良好であった。破砕試験および耐久試験においても正常な使用範囲内で満足すべき結果が得られた。

結論

人工肩関節および人工肘関節については新しい考えに基づいたプロトタイプを作製し、屍体に挿入し、可動域計測、破砕試験、耐久試験を行う予定である。また、新しく作成した人工手関節については全ての基礎的応力解析および材料試験を終え、現在厚生労働省に製造認可、薬事申請を行っている。これらが認められた後、多施設での治験を予定している。人工関節ステム表面に糖鎖工学的手法により生物活性物質をコーティングしてセメントあるいは骨との生物学的結合を図る目的での基礎的研究を行っている。

公開日・更新日

• 公開日: 2007-07-13
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 200631005B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 関節リウマチ上肢人工関節開発に関する研究
• 課題番号: H16-免疫-一般-006
• 研究年度: 平成18(2006)年度
• 研究代表者(所属機関): 三浪 明男(北海道大学大学院医学研究科高次診断治療学専攻機能再生医学講座)

研究分担者(所属機関)

• 馬場　久敏(福井大学器官制御医学講座整形外科学分野)
• 加藤　博之(信州大学医学部整形外科)
• 岩崎　倫政(北海道大学病院整形外科)
• 村瀬　剛(大阪大学大学院医学研究科整形外科)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 免疫アレルギー疾患予防・治療研究
• 研究開始年度: 平成16(2004)年度
• 研究終了予定年度: 平成18(2006)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

関節リウマチ（RA）により高度に冒された下肢関節に対する人工関節置換術はほぼ確立した治療法として患者のQOLおよびADL向上に多大な福音をもたらしている。それに対して上肢関節（肩、肘、手関節）に対する人工関節置換術は中期成績であっても安定しておらず、上肢関節の人工関節開発は急務ということができる。日本人にフィットした新しい上肢人工関節が開発されることにより患者のQOL、ADLが向上し、介護の割合の低下が期待される。

研究方法

各施設で行った上肢関節人工関節の中期成績を分析し改めて問題点を分析した。1.肩関節：三次元有限要素法にて広範囲腱板断裂を模して肩甲骨関節窩への人工関節の応力について分析した。また、その形状について検討し、プロトタイプを作成して屍体肩での可動域を計測した。2.肘関節：CTを用いたin vivo動態分析法により上腕骨および尺骨髄腔計測を行い、より髄腔にフィットしたプロトタイプの人工肘関節を作成した。3.手関節：新たに作成したプロトタイプの人工手関節を実際に屍体に挿入し可動域、破砕試験、耐久試験を行った。

結果と考察

1.肩関節：関節窩の上方にフードを有した全く新しい人工関節を作成することにより広範囲腱板断裂においても関節窩人工関節への応力の上方集中を防ぎ応力の均一化を図ることが可能となった。2.肘関節：RA患者における上腕骨および尺骨の髄腔計測に基づいて作成したプロトタイプの人工肘関節を作成し、コンピュータ上での動作解析を行い良好な髄腔占拠率と可動域を得た。3.手関節：新たに作成したプロトタイプの人工手関節の可動域、適合性はほぼ正常であり、破砕試験および耐久試験の結果も良好であった。

結論

人工肩関節および人工肘関節については新しい考えに基づいたプロトタイプを作製し、屍体に挿入し、可動域計測、破砕試験、耐久試験を行う予定である。新しく作成した人工手関節については現在厚生労働省に製造認可、薬事申請を行っている。これらが認められた後、多施設での治験を予定している。人工関節の耐久性を抑制しているゆるみを防止すべく、人工関節のステム表面に糖鎖工学的手法により生物学的活性物質をコーティングしてセメントあるいは骨との生物学的結合を図る目的での基礎的研究を行っている。

公開日・更新日

• 公開日: 2007-07-13
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 200631005C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 関節リウマチ（RA）に強く冒された上肢関節に対する人工関節の開発研究を行った。上肢関節はRAにより長期間にわたり、かつ高頻度に冒されているにもかかわらず、下肢関節に対する人工関節置換術に比べて、上肢関節に対する人工関節の多くは、未開拓の分野である。肩関節、肘関節、手関節に対する全く新しいコンセプトに基づく人工関節が開発され、既に人工手関節については製造認可、薬事申請を厚生労働省に行ったところである。今回開発された上肢関節に対する人工関節について他の研究者による追試が期待される。
• 臨床的観点からの成果: RAにより冒された上肢関節（肩、肘、手関節）に対する人工関節の開発を行った。下肢関節に対する人工関節置換術は確立した手技の一つである。それに対して上肢関節に対する人工関節の中長期成績は必ずしも満足すべき成績ではない。今回、開発された人工肩関節については肩甲骨関節窩上方にフードを有するデザインとしたこと、人工肘関節については今後プロトタイプを開発予定である。人工手関節については本邦初の本格的なデザインの機種が厚生労働省に製造承認、薬事申請の手続きがとられている。
• ガイドライン等の開発: 具体的なガイドラインの作製には至っていないが、従来の学会でのRA治療のガイドラインでは人工肩関節置換術および人工肘関節置換術においては「症例を選べば良好な結果も期待できる手術」のカテゴリーに入っており、人工手関節置換術は「現時点では安定した成績が期待できない手術」のカテゴリーに入れられている。今後、本研究にて開発した上肢関節に対する人工関節が多施設において臨床応用（治験）されて、ガイドラインの上方修正という改訂がなされることが期待される。
• その他行政的観点からの成果: 下肢は身体の位置移動という機能が主なものであるのに対して上肢は目的物に手指を届かせるというリーチ機能と、手指の把持機能と巧緻運動機能を有している。従って上肢関節が冒されると、洗面、洗顔、洗髪、トイレッティングなどの人間としての尊厳維持にかかわる機能が障害され、QOL、ADL機能が著しく障害される。本研究により日本人にフィットした上肢人工関節が開発されたならば上肢機能が著明に改善し、QOL,ADLが向上し、介護の割合の低下が期待することができる。
• その他のインパクト: 人工関節の重要な晩期合併症の一つとして術後の人工関節のゆるみがある。ゆるみの主たる原因は骨・セメント界面およびセメント･インプラント界面での磨耗により発生したデブリスにより発生すると考えられている。本研究では上肢人工関節の開発研究とともに人工関節のゆるみを防止すべくステム表面に糖鎖工学的手法により生物活性物質などをコーティングしてセメントあるいは骨との界面での生物学的結合を図る目的での基礎的研究を行い、関連技術ではあるが特許を出願、取得している。

発表件数

• 原著論文（和文）: 10件
• 原著論文（英文等）: 35件
• その他論文(和文): 7件
• その他論文(英文等): 0件
• 学会発表(国内学会): 53件
• 学会発表(国際学会等): 5件
• その他成果(特許の出願): 0件 ; 「出願」「取得」計6件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 0件

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Iwasaki N, Yamane S, Majima T, Kasahara Y, Minami A,et al.; Feasibility of polysaccharide hybrid materials for scafolds in cartilage tissue engineering' Evaluation of chondrocyte adhesion to polyion complex fibers prepared from alginate and chitosan; Biomacromolecules , 10 , 828-833 (2004)
• 原著論文2: Yamane S, Iwasaki N, Majima T,Funakoshi T, Masuko T, Harada K, Minami A, et al.; Feasibility of chitosan-based hyaluronic acid hybrid biomaterial for a novel scaffold in cartilage tissue engineering; Biomaterials , 26 , 611-619 (2005)
• 原著論文3: Funakoshi T, Majima T, Iwasaki N, Yamane S, Masuko T, Minami A, et al.; Novel chitosan-based hyaluronan hybrid polymer fibers as a scaffold in ligamant tissue engeering; J Biomed Mater Res A , 74 , 338-346 (2005)
• 原著論文4: Minami A, Iwasaki N, Kutsumi K, et al.; A long-term follow-up of silicone-rubber interposition arthroplasty for osteoarthritis of the thumb carpometacarpal joint; Hand Surg , 10 , 77-82 (2005)
• 原著論文5: Oizumi N, Tadano S, Narita Y, Suenaga N, Iwasaki N, and Minami A; Numerical analysis of cooperative abduction muscle forces in a human shoulder joint; J Shoulder Elbow Surg , 15 , 331-338 (2006)
• 原著論文6: Minami A, Iwasaki N, Ishikawa J, Suenaga N, and Kato H; Stabilization of the proximal ulnar stump in the Sauve-Kapandji procedure by using the extensor carpi ulnaris tendon’ long-term follow-up studies; J Hand Surg , 31 , 440-444 (2006)
• 原著論文7: Funakoshi T, Majima T, Suenaga N, Iwasaki N, Yamane S, and Minami A; Rotator cuff regeneration using chitin fabric as an acellular matrix; J Shoulder Elbow Surg , 15 , 112-118 (2006)
• 原著論文8: 三浪明男、石川淳一; 手関節機能再建術の適応と実際; リウマチ科 , 32 , 477-485 (2004)
• 原著論文9: 石川淳一、三浪明男、岩崎倫政; RA手関節の手術; 整・災外 , 47 , 733-740 (2004)
• 原著論文10: 藤本理代，加藤博之、岩崎倫政，三浪明男，三浪三千男; 当科における関節リウマチ肘に対する工藤式（type-5）人工肘関節の治療成績; 日本肘関節学会誌 , 11 , 5-6 (2004)
• 原著論文11: Saito N, Murakami N, Takahashi J, Horiuchi H, Ota H, Kato H, Okada T, Nozaki K, Takaoka K.; Synthetic biodegradable polymers as drug delivery systems for bone morphogenetic proteins; Adv Drug Deliv Rev , 57 , 1037-1048 (2005)
• 原著論文12: 中村順之、木村貞治、加藤博之、村上成道、畑幸彦; RA肘の運動解析; 日本肘関節学会誌 , 13 , 105-106 (2006)
• 原著論文13: 中村恒一、政田和洋、橋本英雄、鈴木克侍、石川淳一、加藤博之; Swanson implantを用いたリウマチ手指MP関節形成術の成績; 日本手の外科学会誌 , 23 (2006)
• 原著論文14: 石川淳一; RA手関節の手術; 整形・災害外科 , 24 , 113-120 (2004)
• 原著論文15: Ishikawa J; Influence of distal radioulnar joint subluxation on restricted forearm rotation after distal radius fracture.; J Hand Surg , 30 , 1178-1184 (2005)
• 原著論文16: Moritomo H, Murase T,Goto A, Oka K,Sugamoto K,Yoshikawa H.; Capitate-based kinematics of the midcarpal joint during wrist radioulnar deviation: an in vivo three-dimensional motion analysis.; J Hand Surg , 29 , 668-675 (2004)
• 原著論文17: Goto A, Moritomo H, Murase T, et al.; In vivo elbow biomechanical analysis during flexion: three- dimensional motion analysis using magnetic resonance imaging.; J Shoulder Elbow Surg , 13 , 441-447 (2004)
• 原著論文18: Goto A, Moritomo H, Murase T, et al.; In vivo three-dimensional wrist motion analysis using magnetic resonance imaging and volume-based registration.; Journal of Orthopaedic Research , 23 , 750-756 (2005)
• 原著論文19: Moritomo H, Murase T, Goto A, Oka K, Sugamoto K, Yoshikawa H.; In vivo three-dimensional kinematics of the mid carpal joint of the wrist.; J Bone Joint Surg , 88 , 611-621 (2006)
• 原著論文20: Kitamura T, Hashimoto J, Murase T, Tomita T, Hattori T, Yoshikawa H, Sugamoto K.; Radiographic study of joint destruction patterns in the rheumatoid elbow.; Clinical Rheumatology (2006)

公開日・更新日

• 公開日: 2015-06-30
• 更新日: -