マテリアル光科学の創成を基盤とする超バイオ機能表面構築技術の開拓

PMBコーティング表面

• PMBコーティング表面は、生体膜類似構造を形成します。
• PMBコーティング表面は、タンパク質の吸着・細胞の付着を抑制します。

PMBの特長

特徴

• 血液適合性表面を造ります。
• タンパク質・細胞の付着を防止します。
• タンパク質の変性・細胞の活性化を防止します。

コーティング方法

• PMBの0.5wt%エタノール溶液を調整します。
• 上記溶液に被コーティング基材を浸します。
• 被コーティング基材を引き上げ、乾燥させます。

適用基材

• 下記の基材にコーティングすることが可能です。
• プラスチック(PET, PMMA, PSt, PU, PC, PE, PP)
• ガラス、セラミックス、金属(SUS、チタン、金等)

PMBコート表面の特性（PMBで処理されたポリスチレンプレート）

タンパク質吸着防止

マクロファージの付着抑制

• PMBコートは、タンパク質付着量を1/10以下に減らすことができます。
• PMBコートは、マクロファージの活性化と付着を防止することができます。

　Aquala（アクアラ）は、合成バイオマテリアルである 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) を光開始グラフト重合法を用いて人工股関節摺動面に表面処理を行う世界初の技術です。医工、産学連携で製品化に向け開発をすすめ、2011年4月薬事承認を取得しました。

人工股関節

　人工股関節は、外傷や疾病などにより機能を喪失した関節を切除し、その代わりに使う医療機器です。骨に固定する部分と、関節運動をする部分とから成ります。

　人工関節は、体内に入れてから長期間使用すると、骨に固定する部分に「ゆるみ」を生じることがあります。「ゆるみ」が起きる原因の１つが、関節面が摩耗して生じる小さな粉（摩耗粉）です。私たちは、関節面の摩耗を少なくすることと、摩耗粉が体に悪影響を及ぼさないことを両立することができれば、人工関節の寿命（耐用年数）を長くできると考えました。

図1 人工股関節手術と弛みの発生機序

機能を喪失した股関節を切除し、人工股関節に置き換える。関節面はポリエチレン製の寛骨臼ライナーと金属・セラミックス製の骨頭から構成される。関節面から生じるサブミクロンサイズのポリエチレン摩耗粉を貪食したマクロファージが、サイトカイン分泌を介して破骨細胞の形成・活性化を促進する。破骨細胞の骨吸収作用により人工股関節は固定性を失い、弛みに至る。

MPC

　MPCに含まれるホスホリルコリン基は、細胞膜を構成するリン脂質と同じ構造を有しているため、高い保水性と生体親和性を持っています。クロスリンクポリエチレン（CLPE）表面に約100 nmのMPCポリマー層を形成することで、関節軟骨と同様の保水性が高く、潤滑性に優れた機能を得ることができます。

図2　MPCの構造と人工股関節ライナーへの応用

高い保水性と生体親和性をもつMPCポリマーによる表面ゲル層をCLPE表面に形成し、荷重分散、水和潤滑といった機能を獲得する。

親水性

　MPC処理CLPE表面のぬれ性を接触角で評価すると、疎水性であった表面が親水性へと変化し、ぬれ性が向上していることが確認されました。

図3　MPC処理CLPEの水濡れ性

耐摩耗性

　手術後の歩行運動を再現する人工股関節シミュレーション試験機を用い、MPC処理CLPEの耐久性（耐摩耗性）を評価したところ、MPC処理CLPEライナーは未処理CLPEと比べ、ほとんど摩耗が生じておらず、高い耐摩耗特性を有していることが確認されました。

図4　MPC処理CLPEの摩耗特性