ニチノールの医療用途トップ6

はじめに

医療技術の進化は患者の予後を大きく改善したが、現代の医療において最も変革的な材料の一つがニチノールである。この記事では、ニチノールの医療用途のトップ6を取り上げ、その利点と有効性を実証する実際のケーススタディを紹介します。

ニチノールワイヤーとは？

ニチノールは、超弾性と形状記憶というユニークな特性で知られるニッケルチタン合金です。超弾性は、ニチノールが変形した後に元の形状に戻ることを可能にし、形状記憶特性は、ニチノールが加熱されると所定の形状に戻ることを可能にします。これらの特徴は、生体適合性や耐食性と相まって、ニチノールを現代の医療機器に不可欠なものとしました。

ニチノール製医療機器の利点

ニチノールをベースとした医療機器には、従来の材料と比較していくつかの利点があります。これらには次のようなものがあります：

• 超弾性：柔軟性と弾力性を提供し、処置中の損傷のリスクを低減します。
• 形状記憶：低侵襲手術における正確な配置を保証します。
• 生体適合性：体内での有害反応の可能性を低減します。
• 耐腐食性：生体内での耐久性と寿命が向上します。
• 耐疲労性：繰り返しの使用にも構造的完全性を維持します。
• 低侵襲性切開創を小さくできるため、回復時間や合併症の発生を抑えることができる。

ニチノールの主な医療用途

1.ステント

ニチノール製ステントは、心臓血管や末梢血管のインターベンションに広く使用されている。その超弾性特性により、カテーテルによる送達時には圧縮され、血管内に留置されると元の形状に拡張される。この特性は、動脈を開いた状態に保ち、適切な血流を維持するのに役立つ。

Journal of the American College of Cardiology誌に発表された研究によると、大腿膝窩動脈疾患に対してニチノールの自己拡張型ステントを留置した患者の12ヵ月後の一次開存率は83.2％であったのに対し、バルーン拡張型ステントを留置した患者では64.8％であり、ニチノール製ステントの優れた性能が明らかになった[1]。

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図1 自己拡張型ステント

2.ガイドワイヤー

ニチノール製ガイドワイヤーは、低侵襲手技の際に柔軟性、耐キンク性、優れた操作性を発揮する。これらのワイヤーは複雑な血管経路を通過するために使用され、カテーテルやその他のインターベンション器具の留置を可能にする。その高い弾力性は血管損傷のリスクを低減し、血管形成術や血管内手術などの手技に不可欠なものとなっている。

ニチノール製ガイドワイヤーは、その優れたトルクコントロールと柔軟性により、ステンレス製ガイドワイヤーと比較して手技合併症を25%減少させることが研究で示されており、冠動脈インターベンションにおいて好ましい選択肢となっている。

3.歯科矯正用アーチワイヤー

歯科矯正では、ニチノールアーチワイヤーは、その形状記憶性と超弾性により、好ましい選択です。これらのワイヤーは、歯に連続的で穏やかな圧力を与え、効率的で痛みの少ない再調整を促進します。ステンレススチールワイヤーとは異なり、ニチノールワイヤーは時間が経ってもその力を維持するため、調整の頻度を減らし、治療過程を通して患者の快適性を向上させます。

American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedicsに掲載された臨床試験では、ニチノールアーチワイヤーを使用した患者は、従来のステンレススチールワイヤーを使用した患者と比較して、最初の6ヶ月で30%早く歯並びが整ったことが報告されており、その効率性が実証されています[3]。

図2 歯科矯正用アーチワイヤー

4.血管内血栓回収装置

ニチノールは、脳卒中治療に使用される血栓回収デバイスの重要な材料である。多くの場合ステントリトリーバーの形をしたこれらのデバイスは、脳の閉塞した動脈から血栓を捕捉・除去して血流を回復させるように設計されている。形状記憶特性により、これらのデバイスは拡張し、血栓の形状に適合することができ、回収成功率を向上させ、合併症のリスクを軽減する。

DAWN Trialでは、虚血性脳卒中に対してニチノールベースのステントリトリーバーを使用した患者の90日後の機能的自立率は49％であったのに対し、標準治療のみを受けた患者ではわずか13％であった。

5.心臓弁フレーム

経カテーテル心臓弁置換術は、柔軟性と自己拡張機能を持つニチノールフレームに依存している。これらのフレームは人工弁を支え、低侵襲の移植を可能にする。カテーテルを通して弁を展開し、標的部位で弁を拡張する能力により、ニチノールベースの心臓弁は、特に手術リスクの高い患者において、大動脈弁狭窄症などの治療における画期的な進歩となっている。

PARTNER 3試験では、ニチノールベースの経カテーテル大動脈弁置換術（TAVR）を受けた患者の1年後の死亡率は1.0％であったのに対し、開心術を受けた患者では2.5％であったことが示され、ニチノールが手技リスクの低減に有効であることが証明された。

6.骨固定とインプラント

ニチノールの整形外科用途には、骨プレート、ステープル、髄内インプラントなどがある。ニチノールの形状記憶特性は、骨折時の圧縮を可能にし、より早く安定した治癒を促します。さらに、ニチノールの超弾性挙動は、骨の自然な動きに対応しながら固定を維持するのに役立ちます。これらの器具は、脊椎手術や小関節の修復に特に有用である。

Journal of Bone and Joint Surgery誌に掲載された研究では、ニチノール製骨ステープルを使用した患者は、従来のチタン製固定方法と比較して、足首骨折の修復において治癒時間が40%早かったことが報告されており、ニチノール製整形外科用インプラントの効率の良さが実証されています[4]。

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図3 ニチノール製骨ステープル

結論

ニチノールの卓越した特性は、医療機器業界に変革をもたらしました。その超弾性、形状記憶、および生体適合性により、ニチノールは現代の医療において非常に貴重な材料となっており、低侵襲処置、血管インターベンション、および整形外科用途の進歩を可能にしている。研究が進むにつれて、医療技術におけるニチノールの役割は拡大すると予想される。その他の医療用途や関連事例については、Stanford Advanced Materials (SAM)をご覧ください。

参考文献

[1] Sabeti S, Schillinger M, Amighi J, Sherif C, Mlekusch W, Ahmadi R, Minar E. ニチノール製対ステンレス鋼製自己拡張型ステントで治療した大腿膝窩動脈の一次開存率：傾向スコア調整解析。Radiology.2004 Aug;232(2):516-21. doi: 10.1148/radiol.2322031345.pmid: 15286322.

[2] Hong, J.T., Kim, T.J., Hong, S.N.et al. Uncovered self-expandable metal stents for the treatment of refractory benign colorectal anastomotic stricture.Sci Rep 10, 19841 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-76779-8.

[3] Wang Y, Liu C, Jian F, McIntyre GT, Millett DT, Hickman J, Lai W.固定装置を用いた矯正治療で使用する初期アーチワイヤー。Cochrane Database Syst Rev. 2018 Jul 31;7(7):CD007859. doi: 10.1002/14651858.CD007859.pub4.で更新：Cochrane Database Syst Rev. 2024 Feb 06;2:CD007859. doi: 10.1002/14651858.CD007859.pub5.pmid: 30064155; pmcid: pmc6513532.

[4] Dock, Carissa & Freeman, Katie & Coetzee, J. & Stone McGaver, Rebecca & Giveans, M.. (2020).足根中足骨癒合術におけるニチノール圧縮ステープルの成績。足と足首の整形外科。5. 247301142094490.10.1177/2473011420944904.

[5] Omer Subasi, Shams Torabnia, Ismail Lazoglu, In silico analysis of Superelastic Nitinol staples for trans-sternal closure, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 107, 2020, 103770, ISSN 1751-6161,https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1751616120303246.