インプラントの歴史｜インプラントとは

インプラントの歴史は非常に古く、その起源は紀元前といわれています。今よりも硬いものを食べていたといわれる古代の人たちも、歯の喪失に悩まされ、人工の歯根を顎の骨のなかに埋める方法を考えついたのでしょう。人類にとって、インプラントは夢だったのです。しかし、つい最近まで、インプラントによる治療はごく一部で行われていたにすぎませんでした。なぜなら、しっかりと顎の骨のなかに埋まるインプラントが存在しなかったからです。インプラント治療が広く行われるようになったのは、チタン製インプラントが登場した1960年代以降です。それまでエメラルド、鉄、金、サファイア、コバルト・クロム合金、ステンレス、アルミニウムなど多様な素材が有望視され、しかし結局は期待通りの結果を出すことができず、淘汰されていきました。現在、インプラントといえばチタン製を指し、おそらく今後も、チタンは主流でありつづけると思います。なぜなら、チタンは他の素材に比べて非常に優れた特質を備えているからです。その特質とは「骨と結合する」ということです。金属とからだの一部である骨がくっつくなんて信じられないと思われるかもしれませんが、科学的に立証された明白な事実です。このチタンの登場によって、インプラントに大きな飛躍が訪れたのです。チタンと骨が結合することを発見したのは、スウェーデンの学者で、応用生体工学研究所所長のペル・イングヴァール・ブローネマルク教授です。話は1952年。当時、ブローネマルクは、スウェーデンにあるルンド大学の医学部で、骨が治癒する過程で骨髄がどのような役割を果たしているかについて研究していました。

ある日、ウサギの脛骨（すねの骨）にチタン製の生体顕微鏡用の器具を埋めこみ、内部を観察する実験を終えて、その器具を取り外そうとしたところ、不思議なことが起きました。強く引っ張っても器具が骨からなかなか離れないのです。よく見ると、骨と器具のネジがぴったりとくっついていました。器具はチタン製でした。これ以前に使っていた別の金属でできた器具では、骨と癒着したことなど一度もなく、ブローネマルクは「チタンは骨とつく」という性質を初めて知ったのです。しかし、当時はこの性質を何かに応用できるとは考えなかったようです。 1960年、イエテボリ大学の解剖学教授となったブローネマルクは、血液循環の研究に取り組みはじめました。生体内において血球がどのような働きをしているのかを探るために、今度は人間を対象とした実験に着手し、チタン製の生体顕微鏡用の器具を被験者の上腕に埋めこんで、血流の観察を試みたのです。この実験をきっかけに、ブローネマルクは、チタンの新たな性質に興味を抱くようになりました。それは、チタンが骨だけでなく、軟組織（結合組織、上皮など骨以外の組織を軟組織といいます）に対しても親和性が高いという性質です。またこの実験装置は、骨とは接触しておらず、軟組織に埋めこんでありました。観察は数か月にも及んだのですが、取り外したあとの軟組織には何の異常もあらわれていなかったのです。つまり、チタンは生体に拒絶されなかったことを意味します。この偶然の発見から、ブローネマルクはチタンがさまざまな医学領域に応用できる可能性があると考え、イヌの顎にチタン製インプラントを埋め込む実験を開始、数年にわたって繰り返し行った動物実験の結果から、チタン製インプラントが骨と強固に結合することを確信し、これを「オッセオインテグレイション（osseointegration ）」と名づけました。Osseoとは「骨の」、integrationとは「結合」を意味します。そして1965年、いよいよ人間への応用に踏み切ったのです。

ブローネマルクシステムによる治療を最初に受けたのは、ヨスタ・ラーソンという34歳の男性でした。生まれつきの病気のために、あごの骨が弱く、歯も数本まばらに生えていただけで、食事や会話に不自由な生活を余儀なくされていた患者さんです。ブローネマルクにとって初めての治療であることを納得したうえで、ラーソン氏は上下の顎にインプラントを埋入する手術を受けました。結果は、みごとに成功です。ラーソン氏は新しい人工の歯で、それまでの悩みを解消することができたのです。彼のインプラントは、35年以上経った今も何の問題もなく機能しています。ブローネマルクはラーソン氏に対する治療の後も、旺盛に治療と研究を続けました。そして、1977年、ブローネマルクのグループは1965年?1975年の10年間に行った症例についての報告を、世界に向けて初めて発表したのです。対象となったのは211名（235顎）の患者さんで、ラーソン氏のように上顎あるいは下顎の歯が1本もない無歯顎の方たちでした。なかには上下の顎の歯が 1本もない人たちもいました。埋めこまれたインプラントは合計で1618本にのぼります。その後も研究は続けられ、1981年に発表されたデータでは2768症例にも及びました。この発表は、歯科学会に一大センセーションを巻き起こしました。治療成績が非常によかったからです。発表によると、確立期（インプラントのデザインや治療法が確立した以降の時期）では、治療完了後、5年経過したインプラントの残存率は、上顎で81％、下顎で91％。つまり、100本のインプラントのうち、上顎では81本が、下顎では91本が残ったのです。それについて、当時の研究者や歯科医師の多くは高い成功率に驚きながらも、「金属が生体のなかで生かされるわけはない」と懐疑的な反応をみせました。

また、このときのデータは、無歯顎患者のみを対象にした研究結果だったので、部分的に歯のない、つまり天然歯が残っている口腔でも有効なのかどうか、疑問視する声もあがりました。しかし、その後、アメリカの各大学で実験が繰り返され、ブローネマルクの報告、つまりチタンと骨との結合は科学的に正しいと認知されるに至り、さまざまなメーカーが続々とチタン製インプラントの開発に取り組んだのです。
1998年、ブローネマルクはチタン製インプラントについての功績が評価され、スウェーデン政府からノーベル賞に値するグランドプライズ賞を授与されました。

インプラントと骨が結合するという話をしていますが、正確にいうと、インプラントと骨は直接、接触しているわけではありません。電子顕微鏡で見ると、インプラント、つまりチタンと骨との間には酸化膜が存在しています。金属というのは、空気に触れると表面がどんどん酸素分子を取りこんで、表面の組成が変化します。いわゆる酸化という現象です。表面の組成が変化した部分を酸化膜といい、酸化した部分はもとの金属とは基本的に違う性質を持つようになります。インプラントに使うチタンも例外ではありません。チタンをインプラントの形に切り出したときから、酸化膜ができているのです。その厚さは約2?3ナノメートルです。1ナノメートルは、なんと100万分の1ミリメートル。ひじょうに薄い膜です。酸化膜には強い防御能力があって、膜のなかの金属、つまりチタンを守ってくれる働きがあります。それだけでなく、インプラントに関しては酸化膜は非常に重要な役割を果たします。実際に骨と結合するのは酸化膜なのです。なぜ、酸化膜と骨は結合するのでしょうか。

酸化膜と骨との接触面には、ひとつだけではなく、いくつかの力が働いています。その力が生体の分子を酸化膜へと結合させ、骨結合へとつながっていきます。ちょっと難しいですが、それぞれの力を簡単に説明しましょう。まずは、酸化膜の引力や分子の隙間が媒介となり生体分子を結びつける、「ファン・デル・ワールス力（物理結合）」。この力は非常に弱い力です。それと同じぐらいの強さで働くのが、血液中にある水分の水素イオンを介して生体細胞を結合させる「水素結合」です。この二つよりはもう少し強い力を持つのが「電気的結合力」です。生体細胞と酸化膜表面の両方には、双極子というものが数多く存在しています。その双極子の間に結合する力が発生し、生体分子を酸化膜へと引き寄せるのです。もっとも強いのは、共有結合やイオン結合と呼ばれる力で、ファン・デル・ワールス力の10倍近くまでの強さがあります。この力は酸化膜表面の傷やイオンの隙間、不純原子などの存在が媒介となります。また、これらの力とともに見逃すことができないのは、水分による作用です。インプラントを埋め込むときには、当然のことですが、インプラントは大量の血液に接触します。すると血液に含まれている水分子が酸化膜にくっつくのです。その水分子は、生体の分子を吸着、つまり吸い寄せる作用をするので、結合がしやすい状態になります。金属は酸素に触れるとどんどん内側まで酸化していって、酸化膜の部分が厚くなっていきます。これは骨に埋められたチタンも同様です。からだの新陳代謝によってつくりだされた酸基と呼ばれるものによって、酸化膜が成長していくと考えられています。空気中にチタンを置くよりも、骨に埋め込んだほうが酸化膜の成長は早くなるという報告もあります。酸化膜が厚くなるということは、時間とともにしっかりと結合するということを意味します。