骨移植
骨移植
外科医は、手足の温存手術中に骨移植片を所定の位置に配置します。
ICD-9-CM78.0
メッシュD016025
メドラインプラス002963

骨移植は、欠損した骨組織を補う、または骨折の治癒を促進するために用いられる移植の一種です。この外科手術は、極めて複雑な骨折、患者に重大な健康リスクをもたらす骨折、あるいは適切に治癒せず偽関節につながる骨折の修復に有効です。軽度の骨折や急性骨折は骨移植なしで治癒する場合もありますが、複雑骨折などの大きな骨折では骨移植のリスクが高くなります。さらに、広範囲の骨溶解がある場合、関節置換術の再手術では構造骨移植またはモルセル化骨移植が用いられることがあります。

骨は一般的に完全に再生する能力を持っていますが、再生するには非常に小さな骨折部、あるいは何らかの骨の足場が必要です。骨移植には、自家骨（患者自身の体から採取した骨、多くの場合腸骨稜）、同種骨（通常は骨バンクから入手した死体骨）、あるいは骨と同様の機械的特性を持つ合成骨（多くの場合ハイドロキシアパタイトやその他の天然由来の生体適合性物質で作られる）があります。ほとんどの骨移植は、数ヶ月かけて自然骨が治癒するにつれて吸収され、置換されることが予想されます。

骨移植の成功には、骨伝導（自然骨の修復成長を誘導する）、骨誘導（未分化細胞を活性骨芽細胞へと誘導する）、そして骨形成（移植材料中の生きた骨細胞が骨のリモデリングに寄与する）という原理が関係しています。骨形成は、自家移植組織および同種移植細胞性骨基質でのみ起こります。

骨移植のより最近の応用として、抗生物質キャリアとしての利用があります。感染骨は灌流が不十分なため、静脈内投与では感染部位で適切な抗生物質濃度を達成することが困難であり、特にバンコマイシンのような高分子抗生物質の場合は困難です。このような場合、局所的に抗生物質を含浸させた埋伏骨モルセル化同種骨移植片（IBG）は、最小発育阻止濃度（MIC）よりもはるかに高い抗生物質濃度を局所的に達成することができます。[ 1 ] [ 2 ]

生物学的メカニズム

様々なタイプの骨移植源の特性。[ 3 ]
骨伝導性骨誘導性骨形成
アロプラスト + – –
異種移植 + – –
同種移植 + +/– –
自家移植 + + +

骨移植が可能なのは、骨組織が他のほとんどの組織とは異なり、成長のためのスペースがあれば完全に再生する能力を持っているためです。天然骨が成長すると、通常は移植骨を完全に置き換え、新しい骨が完全に結合した領域が形成されます。骨移植の根拠となる生物学的メカニズムは、骨伝導、骨誘導、そして骨形成です。[ 3 ]

骨伝導

骨伝導とは、「組織の成長、骨芽細胞の成長、そして骨形成を促すための発達を促進する材料の特性」を指します。[ 4 ]骨移植において、骨伝導とは、骨移植材料が、本来の骨によって持続的に形成される新しい骨の成長の足場として機能することです。移植される欠損部の辺縁から採取された骨芽細胞は、骨移植材料を骨の広がりと生成のための枠組みとして利用します。 [ 3 ]骨芽細胞はドナー組織に由来するのではなく、宿主細胞の内部成長によって発生します。[ 5 ]骨移植手術で使用されるインプラントに生理活性化学物質（ベータリン酸三カルシウム）を適切に結合させることで、欠損部における骨伝導性を促進することができます。 [ 4 ]少なくとも、骨移植材料はこれらの生体活性化学物質から作られることにより骨伝導性を持つはずである。

骨誘導

骨誘導とは、骨芽細胞への分化を促し、骨芽細胞が新たな骨形成を開始する過程を指します。骨誘導細胞メディエーターとして最も広く研究されているのは、骨形成タンパク質（BMP）です。[ 3 ]骨伝導性と骨誘導性を兼ね備えた骨移植材料は、既存の骨芽細胞の足場として機能するだけでなく、新たな骨芽細胞の形成を促し、理論的には移植片のより迅速な定着を促進します。

骨促進

骨誘導促進とは、骨誘導特性を有さずに骨誘導を増強することを意味します。例えば、エナメル質マトリックス誘導体は、脱灰凍結乾燥骨移植片（DFDBA）の骨誘導効果を高めることが示されていますが、単独では新生骨の成長を刺激しません。[ 6 ]

骨形成

骨形成は、骨移植材料から発生した重要な骨芽細胞が、他の2つのメカニズムによって生成された骨の成長とともに、新しい骨の成長に寄与するときに起こります。[ 3 ]

方法

骨移植が必要な部位によっては、異なる医師に手術を依頼する場合があります。骨移植手術を行う医師は、一般的に整形外科医、耳鼻咽喉科・頭頸部外科医、脳神経外科医、頭蓋顔面外科医、口腔顎顔面外科医、足病外科医、歯周病専門医、歯科外科医、口腔外科医、インプラント専門医です。[ 7 ]

自家移植

腸骨稜から採取した自家移植片の図

自家骨移植では、移植を受ける本人から採取した骨を利用する。骨は腸骨稜などの必須でな​​い骨から採取することができるが、口腔外科手術では下顎結合（あごの部分）や下顎前枝（鉤状突起）から採取する方が一般的である。これは特にブロック移植の場合に当てはまり、ブロック移植では小さな骨ブロックを移植部位にそのまま移植する。ブロック移植を行う場合、自家骨が最も好まれる。なぜなら、移植片は患者自身の体から採取されるため、移植片拒絶のリスクが低いからである。[ 8 ]上の図に示すように、このような移植片は骨伝導性であるだけでなく、骨誘導性、骨形成性でもある。自家移植のマイナス面は、追加の手術部位が必要となるため、術後の痛みや合併症が発生する可能性のある場所がさらに増えることである。[ 9 ]

自家骨は通常、顎などの口腔内の骨源、または腸骨稜、腓骨、肋骨、下顎骨、さらには頭蓋骨の一部などの口腔外の骨源から採取されます。

移植部位には必ず血液供給が必要です。移植部位の位置や骨片の大きさによっては、追加の血液供給が必要になる場合があります。このようなタイプの骨片移植では、ドナー骨に加え、骨膜とそれに付随する血管の一部を採取する必要があります。この種の骨片は生体骨移植と呼ばれます。

自家移植は、例えば上前腸骨棘からリーミングした骨など、強固な骨構造がない場合にも行われることがあります。この場合、骨誘導作用と骨形成作用はありますが、強固な骨構造が存在しないため、骨伝導作用はありません。

顎骨移植は、豊富な皮質海綿状血管腫の自家移植が可能で、口腔内のあらゆる部位へのアクセスが容易です。外来で局所麻酔下に診療室で容易に採取できます。ドナー部位とレシピエント部位が近接しているため、手術時間と費用が削減されます。さらに、手術アクセスの容易さ、合併症の低さ、入院期間の短縮、ドナー部位の不快感の最小化、皮膚瘢痕の回避といった利点もあります。

骨同種移植

象牙質移植

抜歯された歯から作られる象牙質骨[ 10 ]は歯の構造の85%以上を構成し、エナメル質はHAミネラルからなり歯の構造の10%を構成している。象牙質の化学組成は骨に似ており、体積で70～75%がHAミネラルで、20%が有機マトリックスで、ほとんどが繊維状のI型コラーゲンである。[ 11 ]象牙質は骨と同様に、破骨細胞によって吸収されるときに成長因子と分化因子を放出する可能性がある。象牙質移植片を使用でき、細菌のないものにするために、いくつかの企業は、即時または将来使用するために歯を粉砕、分類、洗浄する臨床手順を開発している。韓国では、韓国歯銀行が2009年1月から2012年10月までの間に38,000本の患者自身の歯のバイオリサイクルを実施した。

同種移植

同種移植骨は自家骨と同様、ヒトに由来するが、同種移植骨は移植を受ける本人以外の個人から採取される点が異なっている。同種移植骨は、骨を提供した死体から採取し、それを必要とする生きている人のために使用することができる。これは通常、骨バンクから供給される。骨バンクは、選択的全股関節形成術（全股関節置換手術）を受ける生体ヒト骨ドナー（通常は入院患者）から供給された同種移植骨も供給する。全股関節置換術の際、整形外科医は人工股関節を挿入する工程の必要な部分として、患者の大腿骨頭を切除する。大腿骨頭は、大腿骨の近位端に位置するほぼ球形の骨領域で、成人では直径が 45 mm ～ 56 mm である。患者の大腿骨頭は、外科処置の最後に病院廃棄物として廃棄されることが多い。ただし、患者がいくつかの厳格な規制、病歴、社会歴の基準を満たし、インフォームドコンセントを提供する場合、大腿骨頭は病院の骨バンクに保管される可能性があります。

骨移植には3つの種類があります。[ 12 ]

  1. 新鮮または新鮮凍結骨
  2. 凍結乾燥骨同種移植（FDBA）
  3. 脱灰凍結乾燥骨同種移植（DFDBA）

異質移植

異質移植片は、骨の主成分でもある天然鉱物であるハイドロキシアパタイトから作られる場合があります。また、生体活性ガラスから作られる場合もあります。ハイドロキシアパタイトは合成骨移植片であり、その骨伝導性、硬度、骨への適合性から、現在、他の合成骨移植片の中でも最も多く使用されています。現在、ハイドロキシアパタイトと組み合わせて使用​​されるリン酸三カルシウムは、骨伝導性と骨吸収性の両方の効果をもたらします。接着のために水酸化カルシウムでコーティングされた、一部の微多孔性グレードのPMMAや様々なアクリレート（ポリヒドロキシエチルメタクリレート、別名PHEMAなど）などのポリマーも、感染抑制、機械的弾力性、生体適合性などの理由から、異質移植片として使用されています。[ 13 ] Corallina officinalisなどの石灰化海藻は、人骨に似た構造を持ち、徐々に吸収されるフルオロヒドロキシアパタイト組成を持っているため、「FHA（フルオロヒドロキシアパタイト）生体材料」異質骨移植として扱われ、標準化されています。[ 14 ]

合成変異体

柔軟なハイドロゲル-HA複合材料。ミネラルと有機物のマトリックス比が人間の骨に近い。

人工骨は、リン酸カルシウム（例：ハイドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム）、バイオグラス、硫酸カルシウムなどのセラミックから作ることができます。これらはすべて、生理的環境における溶解度に応じてさまざまな程度の生物学的活性があります。[ 15 ]これらの材料は、成長因子、ストロンチウムなどのイオンをドープしたり[ 16 ] 、骨髄穿刺液と混合して生物学的活性を高めたりすることができます。一部の研究者は、この方法は自家骨移植よりも劣ると考えていますが[ 8 ]、移植片の感染と拒絶のリスクははるかに少なく、ヤング率などの機械的特性は骨に匹敵します。ストロンチウムなどの元素の存在により、体内での骨ミネラル密度が高く、骨芽細胞の増殖が促進される可能性があります。

一時的なスペーサー

合成材料は、より永続的な材料に交換されるまで、一時的な抗生物質スペーサーとして使用されることがあります。例えば、マスクレ手術では、最初に抗生物質（バンコマイシンまたはゲンタマイシン）を混合したPMMAを4～12週間使用し、その後、スペースを自家骨移植で置換します。[ 17 ]この手術は、外傷性骨欠損の治療にも使用できます。[ 17 ]

異種移植

骨異種移植は、異なる動物種の細胞をヒトに移植する骨移植の代替形態です。この移植は、整形外科から歯科まで幅広い用途に用いられます。ほとんどの異種移植は、牛や豚などのウシ由来の細胞を原料とし、ヒト組織への安全な移植のために滅菌・処理されています。凍結乾燥、脱灰・脱タンパク質処理も可能です。異種移植は通常、石灰化マトリックスとしてのみ流通しています。マドレポア型またはミレポア型のサンゴは採取・処理され、「サンゴ由来顆粒」（CDG）[ 18 ]やその他のサンゴ異種移植片となります。[ 19 ]サンゴ由来の異種移植片は主に炭酸カルシウム（そして骨の発達を促進する移植において有用な重要な割合のフッ化物）であるが、天然のヒト骨はハイドロキシアパタイト、リン酸カルシウム、炭酸カルシウムからできている。そのため、サンゴ由来の材料は工業的に水熱処理によってハイドロキシアパタイトに変換され、非吸収性の異種移植片が得られる。あるいは、この処理を省略し、サンゴ由来の材料を炭酸カルシウムの状態のままにして、天然骨による移植片の吸収を促進する。その後、サンゴ由来の異種移植片は成長促進ゲルと溶液で飽和される。[ 20 ]

健康リスク

研究によると、異種移植は使用可能ですが、拒絶反応のリスクがあるため、厳重な監視が必要です。動物とヒトの組織の交配によって発生する疾患である人獣共通感染症は、異種移植の成功を脅かします。これらの疾患は具体的には「ゼノズーノーシス」と呼ばれ、ウイルス感染、プリオン媒介感染、細菌感染の3つのグループに分類されます。これらの疾患は、異なる種間での感染を容易にする可能性があるため、厳重な監視が行われなければ、公衆衛生上のリスクをもたらす可能性があります。

成長因子

成長因子強化移植片は、組み換えDNA技術を用いて製造されます。ヒト成長因子またはモルフォゲン（骨形成タンパク質とコラーゲンなどの担体を組み合わせたもの）から構成されます。

回復とアフターケア

回復にかかる時間は、治療対象となる損傷の重症度によって異なりますが、2週間から2ヶ月程度です。激しい運動は最長6ヶ月間禁止される可能性があります。大腿骨遠位部骨移植の場合、治癒には最長6ヶ月かかります。[ 21 ]

用途

歯科インプラント

骨移植の最も一般的な用途は、歯を失った部分の無歯顎部を修復するための歯科インプラントの適用です。歯科インプラントは、その支持と口腔内への適切な統合のために、インプラント下部の骨を必要とします。前述のように、骨移植には、自家骨（同一人物由来）、同種骨、異種骨（主に牛骨）、異質骨など、様々な形態があります。骨移植は、インプラント埋入前またはインプラント埋入と同時に行うことができます。[ 22 ]長期間無歯顎（歯がない状態）だった人は、必要な部位に十分な骨が残っていない場合があります。このような場合、顎骨、インプラントのパイロットホール、あるいは骨盤の腸骨稜から自家骨を採取し、新しいインプラントの下に移植することができます。あるいは、外因性骨を使用することもできます。異種骨は、長期にわたる骨量の安定性に優れているため、最も一般的に使用されています。同種骨は再生の質が最も優れていますが、骨量の安定性は低くなります。多くの場合、異なる種類の骨移植片を組み合わせて使用​​します。

一般的に、骨移植は欠損部に適合しやすいように、ブロック状（顎または下顎の上行枝領域などから）で使用されるか、または粒子状で使用される。

歯科骨移植は、失われた顎骨を再建するために開発された特殊な口腔外科手術です。この損失は、膿瘍などの歯の感染症、歯周病、外傷、または自然な老化現象によって生じます。失われた骨組織を補充し、自然な骨の成長を促す理由は様々であり、それぞれの技術は顎骨の欠損に対して異なる方法で対処します。骨移植が必要となる理由としては、上顎洞増大術、ソケットプリザベーション、顎堤増大術、または再生などが挙げられます。現在、歯周病の治療に骨移植を用いる際に、自己血小板濃縮物（組織再生を促進する成長因子を含む細胞断片）の使用を支持するエビデンスがいくつかあります。[ 23 ]

腓骨幹

歯科インプラントに使用されるものよりも強度の高い、もう一つの一般的な骨移植は腓骨骨幹部の骨移植です。腓骨骨幹部の一部を切除すると、骨欠損のある脚で走ったりジャンプしたりするなどの通常の活動が可能になります。移植された血管柄付き腓骨は、先天性骨欠損のある四肢の長骨の骨格の完全性を回復するため、また外傷や悪性腫瘍の浸潤後に骨の一部を置換するために使用されてきました。移植骨は、新しい宿主部位に移植された後も生きたまま成長できるよう、通常、骨片とともに骨膜と栄養動脈も切除されます。移植骨が新しい部位に固定されると、通常は、移植骨が付着していた骨への血流が回復します。

他の

骨移植は、欠損した骨が治癒するか、拒絶反応がほとんどまたは全くなく再成長することを期待して使用されます。[ 21 ]骨移植の主な用途である歯科インプラントの他に、この手順は、動きを防ぐために関節を固定したり、骨量が減少した骨折を修復したり、まだ治癒していない骨折を修復したりするために使用されます。[ 21 ]さらに、骨移植または代替骨は、脊椎固定手術の増強に広く使用されています。[ 24 ]

リスク

あらゆる処置と同様に、薬剤への反応、呼吸困難、出血、感染症などのリスクが伴います。[ 21 ]感染症は1%未満の症例で発生すると報告されており、抗生物質で治癒可能です。一般的に、既往症のある患者は、健康な患者に比べて感染症にかかるリスクが高くなります。[ 25 ]

腸骨稜からの移植のリスク

腸骨稜をドナー部位とする骨移植の潜在的なリスクと合併症には以下のものがある： [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

  • 後天性腸ヘルニア（ドナー部位が大きい場合（4cm超）はリスクが高まる）[ 25 ] 。 1945年から1989年までに文献では約20例が報告されているが[ 28 ]、世界中では数百例しか報告されていない[ 29 ]。
  • 感覚異常性側索痛（大腿外側皮神経の損傷、ベルンハルト・ロス症候群とも呼ばれる）
  • 骨盤不安定症
  • 骨折（非常にまれであり、通常は他の要因を伴う[ 30 ] [ 31 ]）
  • 陰茎神経の損傷（座ることで悪化する後骨盤痛を引き起こす）
  • 腸骨鼠径神経の損傷
  • 感染
  • 軽度の血腫（よくあること）
  • 外科的介入を必要とする深部血腫
  • 漿液腫
  • 尿管損傷
  • 腸骨動脈偽瘤（まれ）[ 32 ]
  • 腫瘍移植
  • 美容上の欠陥（主に骨盤縁上部を保存しないことによって引き起こされる）
  • 慢性的な痛み

後腸骨稜から採取した骨移植は一般的に合併症が少ないですが、手術の種類によっては、患者が全身麻酔下にある間に骨を反転させる必要がある場合があります。[ 33 ] [ 34 ]

費用

骨移植手術は、手術そのものだけではありません。複雑な後外側腰椎固定術（骨移植片を骨移植材で補強）の3ヶ月間の総費用は、平均約33,860ドルから37,227ドルです。[ 35 ]この費用には、3ヶ月間の入院・通院費用がすべて含まれています。骨移植自体の費用（250～900ドル）の他に、手術にかかる費用には、外来リハビリテーション費（5,000～7,000ドル）、ネジとロッド（7,500ドル）、宿泊費と食費（5,000ドル）、手術室費（3,500ドル）、滅菌用品費（1,100ドル）、理学療法費（1,000ドル）、外科医費（平均3,500ドル）、麻酔科医費（1時間あたり約350～400ドル）、薬剤費（1,000ドル）、医療用品、診断手順、機器使用料などのサービスに対する追加費用などがある。[ 36 ]

参照

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