自己再生能力を持つ配向性ナノアパタイト材料の開発

• Project/Area Number: 15686029
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中野 貴由 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30243182)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥28,210,000 (Direct Cost: ¥21,700,000、Indirect Cost: ¥6,510,000); Fiscal Year 2004: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2003: ¥22,490,000 (Direct Cost: ¥17,300,000、Indirect Cost: ¥5,190,000)
• Keywords: アパタイト配向性 / 骨再生 / BMP / 応力 / 骨系細胞 / 微小域X線回析法 / 骨粗鬆症 / 疾患硬組織 / アパタイト結晶 / 微小領域X線回析法 / 配向性 / 自己組織化反応 / 結晶性 / 骨髄骨 / 再生医工学

Research Abstract

本年度は自己再生能力を持つ硬組織再生用材料に対し、昨年度設置の動物実験施設を利用し、その骨再生への有効性を確認するとともに、骨再生過程に対する結晶学的アプローチを試みた。例えば、BMPの徐放により長管骨(兎尺骨)欠損部を修復した場合には、適切な水分量と徐放量により骨欠損部の再生が可能であった。再生は大きく2段階に分類され、最初はBMP徐放に対し、3週間遅れての欠損部の組織充填・石灰化、次に負荷応力の大きさに応じた、リモデリングによる生体アパタイト(BAp)c軸配向性の上昇が定量的に解明された。特に、配向化には負荷応力のスレッシュホールド値が見出されたことから、骨細胞(オステオサイト)の応力センシング機能の重要性が示唆された。その結果、材料そのものの配向化とともに、再生初期過程でのアパタイトの配向化を促進するための技術開発の必要性が理解された。
さらに、Ca代謝を抑制しつつ、応力を負荷することで、応力軸方向に沿った明確なc軸配向化の促進が可能であった。こうした一連の配向性制御技術、配向性材料作製技術さらには、配向性解析技術は、次世代の骨再生医療への重要な位置づけとなることを確信した。さらに、再生骨のアパタイト配向化技術は、生体内の骨系細胞の役割と密接な関わりを持っていることから、骨粗鬆症、大理石骨病といった疾患硬組織を用いた解析を行うことで、配向化に対する破骨細胞の役割についても解明することが可能となった。以上の結果より、自己修復能力を持つ配向性材料開発の重要性を証明するとともに、X線回折技術が、骨質診断のための重要な方法であることを証明した。

Research Products

• [Journal Article] Analysis of preferential alignment of biological apatite crystallites in subchondral bone of the osteoarthritic knee (2004)
  • Author(s): J-W.Lee, T Nakanoら
  • Journal Title: Phosphorus Research Bulletin 17 Pages: 83-84
  • NAID: 130004992500
• [Journal Article] Effects of applied stress on preferential alignment of biological apatite in rabbit forelimb bones (2004)
  • Author(s): T.Ishimoto, T.Nakanoら
  • Journal Title: Phosphorus Research Bulletin 17 Pages: 77-82
  • NAID: 130004992499
• [Journal Article] 細胞増殖因子の徐放による骨再生と結晶学的アプローチによる評価 (2004)
  • Author(s): 田畑泰彦, 山本雅哉, 中野貴由, 馬越佑吉
  • Journal Title: 日本結晶成長学会誌 31 Pages: 59-68
• [Journal Article] 骨の力学機能とミネラルの配向 (2004)
  • Author(s): 中野貴由, 石本卓也ら
  • Journal Title: バイオレオロジー学会誌 18 Pages: 21-31
  • NAID: 10012364363
• [Journal Article] 海綿骨における生体アパタイト結晶の配向性 (2004)
  • Author(s): 中野貴由, 土田裕基ら
  • Journal Title: まてりあ 41 Pages: 1032-1032
  • NAID: 10014239037
• [Book] 「遺伝子医学」MOOK 再生医療へのブレークスルー その革新技術と今後の方向性、「再生硬組織への結晶学的アプローチによる構造・機能評価法(田畑泰彦編) (2004)
  • Author(s): 中野貴由, 馬越佑吉
  • Total Pages: 313
  • Publisher: (株)メディカル ドゥ
• [Publications] T.Nakano, W.Fujitani, Y.Umakoshi: "Synthesis of apatite ceramics with preferential crystal orientation"Materials Science Forum. (in press). (2004)
• [Publications] 中野貴由, 馬越佑吉, 田畑泰彦, 山本敏男: "材料科学の立場から見た生体硬組織"特別公開シンポジウム資料「医療・介護福祉材料としての軽金属の現状と展望」(軽金属学会). 17-24 (2003)
• [Publications] 中野貴由, 馬越佑吉, 田畑泰彦, 山本敏男ら: "生体硬組織への結晶学的アプローチ-微小領域X線回析法ならびにSPring-8放射光施設によって-"Boundary. 19・9. 16-20 (2003)