骨代謝・骨癒合
更新日 2017.7.20
- 骨癒合研究
外傷による骨折や腰椎変性疾患(腰椎すべり症・腰部脊柱管狭窄症等)では,不安定性に伴う痛み・麻痺などの症状が問題となるため,病変部の安定化を目的に骨の連続性が絶たれた部分や隣接する可動性の複数要素を固定する手術が行わます.これらの手術において,骨癒合による安定化は非常に重要な要素であり,整形外科手術の大きな目的の一つであります.しかし,現状では,術後でも自然経過による骨癒合を期待せざるを得ず,早くとも数週間,場合により一年近くを要することもあります.経過によっては,完全な骨癒合が得られず慢性的な不安定状態である偽関節を生じ,慢性的な不安定化・疼痛を来たすことも見受けられます.特に脊椎固定手術においては,手術部位の局所的な固定効果を期待する一方で対象部位以外では脊柱が本来持つ大きな可動性と連続性を保持しなければならないという一見矛盾する必要条件を両立せねばならず,不十分な骨癒合を来すこともあります.骨癒合に関するこのような治療経過は時に患者さんのADL やQOL の重大な障害にもつながるため,術後の骨癒合促進の効率化に関する追究は整形外科領域において急務であります.
我々はこのような命題に対して,自己血漿の濃縮により安全に得られる多血小板血漿(Platelet RichPlasma: PRP)に着目してきました.PRP は旺盛な組織修復能を持つことで知られ,形成外科・歯科領域,そして,整形外科領域では腱や靭帯の修復効果を期待した研究が多くなされています.しかし,骨癒合を目的とした研究はあまり行われていませんでした.我々は既に先行研究においてラット脊椎固定術におけるPRP 投与が,感染や拒絶反応の危険性がなく有意に骨癒合を促進することを確認しました(Kamoda. JBJS Am. 2013).さらに,これまで人工骨として用いられてきたハイドロキシアパタイト(Hydroxyapatite:HA)とPRP の併用にて良好な骨癒合が得られる事もラットを用いた動物実験で報告しました(Kamoda etal., SPINE 2012).(図1)
図1a 骨癒合なし
図1b 骨癒合あり
そして,動物実験で得られた結果をもとに,トランスレーショナルリサーチとしてPRPを用いた2つの臨床試験を行いました.その結果,脊椎固定術において,自家骨もしくは他家骨に新鮮PRPを併用すると,いずれも,平均約1-2ヶ月間の骨癒合期間短縮を得られるという結果となりました.このようにPRP は,安全性が高く,優れた骨癒合促進効果を持つため整形外科手術における骨癒合を促進する上で非常に有用であることが示唆されます.
しかしながらPRP は作成後数時間程度と寿命が短く,用事調製が必要であるため,緊急を要する場面での使用は困難であります.PRPの持つこのような問題点を克服するため,PRP を凍結乾燥することで長期保存を可能とする凍結乾燥PRP が検討されました(Pietramaggiori, 2006).その報告をもとに,我々は独自研究を開始しました.まず,ヒト血液からPRPを作成し(図2),常温,凍結,凍結乾燥の3つの保存方法で8週間保存しました.
図2 作成した凍結乾燥PRP
その結果,常温保存では約2週後にはほぼすべての成長因子が消失してしまいますが,凍結乾燥保存では8週経過しても成長因子が維持されていることを確認しました(Shiag et al,.ASJ).また,新鮮PRP同様,ラット脊椎固定術モデルにおいて,HAと凍結乾燥PRPを併用すると有意に骨癒合を促進させる結果を得ました.同実験では,骨強度の主役である骨梁構造も評価し,凍結乾燥PRPを併用すると細く分岐の多い網目状構造を形成すること(図3),また,力学強度試験において自家骨使用に劣らない強度をもつことが分かりました(Shiag, Orita et al,.Scientific Rep).
現在も“良好で早い”骨癒合を求め,日々追加研究が進められております.
図3a 人工骨単独使用時の細い骨梁
図3b FD-PRP使用時の太い骨梁
骨癒合に関する当施設文献
Does Discontinuing Teriparatide Treatment and Replacing It with Bisphosphonate Maintain the Volume of the Bone Fusion Mass after Lumbar Posterolateral Fusion in Women with Postmenopausal Osteoporosis?
Ohtori S, Orita S, Yamauchi K, Eguchi Y, Aoki Y, Nakamura J, Suzuki M, Kubota G, Inage K, Shiga Y, Abe K, Fujimoto K, Kanamoto H, Inoue M, Kinoshita H, Furuya T, Koda M.
Asian Spine J. 2017 Apr;11(2):272-277.
Freeze-Dried Platelet-Rich Plasma Accelerates Bone Union with Adequate Rigidity in Posterolateral Lumbar Fusion Surgery Model in Rats.
Shiga Y, Orita S, Kubota G, Kamoda H, Yamashita M, Matsuura Y, Yamauchi K, Eguchi Y, Suzuki M, Inage K, Sainoh T, Sato J, Fujimoto K, Abe K, Kanamoto H, Inoue M, Kinoshita H, Aoki Y, Toyone T, Furuya T, Koda M, Takahashi K, Ohtori S.
Sci Rep. 2016 Nov 11;6:36715.
Less invasive lumbopelvic fixation technique using a percutaneous pedicle screw system for unstable pelvic ring fracture in a patient with severe multiple traumas.
Yano S, Aoki Y, Watanabe A, Nakajima T, Takazawa M, Hirasawa H, Takahashi K, Nakagawa K, Nakajima A, Takahashi H, Orita S, Eguchi Y, Suzuki T, Ohtori S.
J Neurosurg Spine. 2017 Feb;26(2):203-207.
More than 6 Months of Teriparatide Treatment Was More Effective for Bone Union than Shorter Treatment Following Lumbar Posterolateral Fusion Surgery.
Ohtori S, Orita S, Yamauchi K, Eguchi Y, Ochiai N, Kuniyoshi K, Aoki Y, Nakamura J, Miyagi M, Suzuki M, Kubota G, Inage K, Sainoh T, Sato J, Shiga Y, Abe K, Fujimoto K, Kanamoto H, Inoue G, Takahashi K.
Asian Spine J. 2015 Aug;9(4):573-80.
Bone union and remodelling of the non-ossified segment in thoracic ossification of the posterior longitudinal ligament after posterior decompression and fusion surgery.
Koda M, Furuya T, Okawa A, Aramomi M, Inada T, Kamiya K, Ota M, Maki S, Ikeda O, Takahashi K, Mannoji C, Yamazaki M.
Eur Spine J. 2015 Nov;24(11):2555-9.
Injection of bupivacaine into disc space to detect painful nonunion after anterior lumbar interbody fusion (ALIF) surgery in patients with discogenic low back pain.
Kimura S, Ohtori S, Orita S, Inoue G, Eguchi Y, Takaso M, Ochiai N, Kuniyoshi K, Aoki Y, Ishikawa T, Miyagi M, Kamoda H, Suzuki M, Sakuma Y, Kubota G, Oikawa Y, Inage K, Sainoh T, Yamauchi K, Toyone T, Nakamura J, Kishida S, Sato J, Takahashi K.
Yonsei Med J. 2014 Mar;55(2):487-92.
Transient receptor potential vanilloid 1-immunoreactive innervation increases in fractured rat femur.
Kawarai Y, Suzuki M, Yoshino K, Inoue G, Orita S, Yamauchi K, Aoki Y, Ishikawa T, Miyagi M, Kamoda H, Kubota G, Sakuma Y, Oikawa Y, Inage K, Sainoh T, Sato J, Nakamura J, Takaso M, Toyone T, Takahashi K, Ohtori S.
Yonsei Med J. 2014 Jan;55(1):185-90.
The effect of platelet-rich plasma on posterolateral lumbar fusion in a rat model.
Kamoda H, Ohtori S, Ishikawa T, Miyagi M, Arai G, Suzuki M, Sakuma Y, Oikawa Y, Kubota G, Orita S, Eguchi Y, Yamashita M, Yamauchi K, Inoue G, Hatano M, Takahashi K.
J Bone Joint Surg Am. 2013 Jun 19;95(12):1109-16.
The effect of platelet-rich plasma on posterolateral lumbar fusion in a rat model.
Kamoda H, Ohtori S, Ishikawa T, Miyagi M, Arai G, Suzuki M, Sakuma Y, Oikawa Y, Kubota G, Orita S, Eguchi Y, Yamashita M, Yamauchi K, Inoue G, Hatano M, Takahashi K.
J Bone Joint Surg Am. 2013 Jun 19;95(12):1109-16.
Postoperative lumbar spinal stenosis after intertransverse fusion with granules of hydroxyapatite: a case report.
Inoue G, Ohtori S, Ozawa T, Ito T, Higashi M, Yamauchi K, Orita S, Nakamura J, Toyone T, Takaso M, Takahashi K.
Diagn Pathol. 2012 Nov 7;7:153.
Teriparatide accelerates lumbar posterolateral fusion in women with postmenopausal osteoporosis: prospective study.
Ohtori S, Inoue G, Orita S, Yamauchi K, Eguchi Y, Ochiai N, Kishida S, Kuniyoshi K, Aoki Y, Nakamura J, Ishikawa T, Miyagi M, Kamoda H, Suzuki M, Kubota G, Sakuma Y, Oikawa Y, Inage K, Sainoh T, Takaso M, Ozawa T, Takahashi K, Toyone T.
Spine (Phila Pa 1976). 2012 Nov 1;37(23):E1464-8.
Platelet-rich plasma combined with hydroxyapatite for lumbar interbody fusion promoted bone formation and decreased an inflammatory pain neuropeptide in rats.
Kamoda H, Yamashita M, Ishikawa T, Miyagi M, Arai G, Suzuki M, Eguchi Y, Orita S, Sakuma Y, Oikawa Y, Inoue G, Ozawa T, Toyone T, Wada Y, Takahashi K, Ohtori S.
Spine (Phila Pa 1976). 2012 Sep 15;37(20):1727-33.
Clinical incidence of sacroiliac joint arthritis and pain after sacropelvic fixation for spinal deformity.
Ohtori S, Sainoh T, Takaso M, Inoue G, Orita S, Eguchi Y, Nakamura J, Aoki Y, Ishikawa T, Miyagi M, Arai G, Kamoda H, Suzuki M, Kubota G, Sakuma Y, Oikawa Y, Yamazaki M, Toyone T, Takahashi K.
Yonsei Med J. 2012 Mar;53(2):416-21.
Single-level instrumented posterolateral fusion versus non-instrumented anterior interbody fusion for lumbar spondylolisthesis: a prospective study with a 2-year follow-up.
Ohtori S, Koshi T, Yamashita M, Takaso M, Yamauchi K, Inoue G, Suzuki M, Orita S, Eguchi Y, Ochiai N, Kishida S, Kuniyoshi K, Aoki Y, Ishikawa T, Arai G, Miyagi M, Kamoda H, Suzuki M, Nakamura J, Furuya T, Toyone T, Yamagata M, Takahashi K.
J Orthop Sci. 2011 Jul;16(4):352-8.
Uni- and bilateral instrumented posterolateral fusion of the lumbar spine with local bone grafting: a prospective study with a 2-year follow-up.
Ohtori S, Koshi T, Suzuki M, Takaso M, Yamashita M, Yamauchi K, Inoue G, Orita S, Eguchi Y, Ochiai N, Kishida S, Kuniyoshi K, Aoki Y, Nakamura J, Ishikawa T, Arai G, Miyagi M, Kamoda H, Suzuki M, Furuya T, Toyone T, Takahashi K.
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One, two-, and three-level instrumented posterolateral fusion of the lumbar spine with a local bone graft: a prospective study with a 2-year follow-up.
Inage K, Ohtori S, Koshi T, Suzuki M, Takaso M, Yamashita M, Yamauchi K, Inoue G, Orita S, Eguchi Y, Ochiai N, Kishida S, Kuniyoshi K, Aoki Y, Nakamura J, Ishikawa T, Arai G, Miyagi M, Kamoda H, Suzuki T, Toyone T, Takahashi K.
Spine (Phila Pa 1976). 2011 Aug 1;36(17):1392-6.
Single-level instrumented posterolateral fusion of the lumbar spine with a local bone graft versus an iliac crest bone graft: a prospective, randomized study with a 2-year follow-up.
Ohtori S, Suzuki M, Koshi T, Takaso M, Yamashita M, Yamauchi K, Inoue G, Suzuki M, Orita S, Eguchi Y, Ochiai N, Kishida S, Kuniyoshi K, Nakamura J, Aoki Y, Ishikawa T, Arai G, Miyagi M, Kamoda H, Toyone T, Takahashi K.
Eur Spine J. 2011 Apr;20(4):635-9.
Lumbar posterolateral fusion inhibits sensory nerve ingrowth into punctured lumbar intervertebral discs and upregulation of CGRP immunoreactive DRG neuron innervating punctured discs in rats.
Koshi T, Ohtori S, Inoue G, Ito T, Yamashita M, Yamauchi K, Suzuki M, Aoki Y, Takahashi K.
Eur Spine J. 2010 Apr;19(4):593-600.