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Development of smart nano-biomaterials and investigation of possibility on their clinical application for dentistry

Research Project

Project/Area Number 16H05518
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Prosthodontics/ Dental materials science and
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

Yokoyama Atsuro  北海道大学, 歯学研究院, 教授 (20210627)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 赤坂 司  北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (00360917)
山本 悟  北海道大学, 歯学研究院, 助教 (10344524)
平田 恵理  北海道大学, 歯学研究院, 助教 (10722019)
佐藤 義倫  東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)
東野 史裕  北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (50301891)
湯田坂 雅子  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 招聘研究員 (70159226)
Research Collaborator Bianco Alberto  
Takada Sari  
Maeda Yukari  
Kimura Sadahito  
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2016: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywordsカーボンナノ物質 / スマートナノバイオマテリアル / カーボンナノホーン / 薬剤担持 / デンタルインプラント / 骨形成 / 薬剤徐放 / 多機能化 / 表面処理 / 体内動態 / インプラント周囲炎 / ミノサイクリン / 抗菌性 / カーボンナノマテリアル / 表面修飾 / チタン / 生体適合性 / イメージング / カーボンナノチューブ / 生体内分解性
Outline of Final Research Achievements

In this study, in order to provide the carbon nanomaterials (CNMs) for clinical application of the dentistry, we observe the biodegradability of carbon nanohorns (CNHs) and modify antibiotics (minocycline) and growth factors (bone morphogenetic proteins) to CNHs. The control of sustained release by LED irradiation of them and their effects were confirmed. Furthermore, we developed titanium with CNHs modified on the surface. We also observed in vivo kinetics of carbon nanotubes (CNTs) locally implanted in mice and suggested that CNTs remain at the site of implantation and do not accumulate in detectable quantities in other organs. These proof-of-concepts will promote future studies on the application of CNMs as smart Nano-Biomaterials which are multifunctionalized for the dentistry.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体内分解性と多機能性を有するスマートナノバイオマテリアルの創製により、例えば、インプラント臨床において最も重要な課題であるインプラント周囲の早期の骨形成とオッセオインテグレーションの早期確立、さらにはインプラント周囲炎に対する治療としての骨再生が可能となり、安全で安心なインプラント治療の確立に貢献するのみならず、骨代謝機能の低下した高齢者や有病者に大きな福音をもたらすことが期待できる。また、ナノマテリアルを用いた生体材料の開発を目的とした一貫した研究は、広く再生療法に寄与するとともに、ナノ物質のバイオ領域への応用といった新しい研究、産業の発展に役立つものと考えられる。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] フランス国立科学研究所(CNRS)(フランス)

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      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fate of Carbon Nanotubes Locally Implanted in Mice Evaluated by Near-Infrared Fluorescence Imaging: Implications for Tissue Regeneration2019

    • Author(s)
      Hirata Eri、Yudasaka Masako、Ushijima Natsumi、Sakaguchi Norihito、Maeda Yukari、Tanaka Takeshi、Kataura Hiromichi、Yokoyama Atsuro
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 2 Issue: 3 Pages: 1382-1390

    • DOI

      10.1021/acsanm.8b02267

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Carbon nanomaterials for bone tissue regeneration2018

    • Author(s)
      Eri Hirata
    • Journal Title

      Hokkaido Journal of Dental Science

      Volume: 38 Pages: 99-103

    • NAID

      120006360116

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      2017 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Carbon nanohorns allow acceleration of osteoblast differentiation via macrophages activation2016

    • Author(s)
      E. Hirata, E. Miyako, N. Hanagata, N. Ushijima, N. Sakaguchi, J. Russier, M. Yudasaka, S. Iijima, A. Bianco, A. Yokoyama
    • Journal Title

      Nanoscale,

      Volume: 8 Issue: 30 Pages: 14514-14522

    • DOI

      10.1039/c6nr02756c

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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Near-infrared photoluminescent imaging of carbon nanotubes locally implanted in mice.2018

    • Author(s)
      Eri Hirata, Masako Yudasaka, Yukari Maeda, Takeshi Tanaka, Hiromichi Kataura, Atsuro Yokoyama
    • Organizer
      the 256th American Chemical Society National Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Macrophage behavior on the carbon nanohorn coated anodized titanium2018

    • Author(s)
      Sadahito Kimura, Eri Hirata, Sari Takada, Masatoshi Sakairi, Masako Yudasaka, Atsuro Yokoyama
    • Organizer
      The 11th Congress of Asian Academy of Osseointegration 2018
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Activation of macrophage on the carbon nanohorn functionalized anodized titanium.2018

    • Author(s)
      Sadahito Kimura, Eri Hirata, Sari Takada, Masatoshi Sakairi, Masako Yudasaka, Atsuro Yokoyama
    • Organizer
      The 66th Annual meeting of Japanese Association for Dental Research
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In vivo Kinetics of Carbon Nanotubes Locally Implanted in Mice2018

    • Author(s)
      Eri Hirata, Masako Yudasaka, Yukari Maeda, Takeshi Tanaka, Hiromichi Kataura, Atsuro Yokoyama
    • Organizer
      The 66th Annual meeting of Japanese Association for Dental Research
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 静菌作用を付与したカーボンナノホーンの開発.2018

    • Author(s)
      前田由佳利,平田恵理, 髙田紗理, 坂入正敏, 木村貞仁, 横山敦郎.
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会 北海道ブロック第3回研究会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 骨伝導性向上を目的としたカーボンナノホーンによる陽極酸化チタンの表面修飾.2018

    • Author(s)
      木村貞仁, 髙田紗理,坂入正敏,湯田坂雅子,平田恵理,横山敦郎.
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会 北海道ブロック第3回研究会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノホーンのミノサイクリン担持による静菌作用の付与.2018

    • Author(s)
      前田由佳利,平田恵理, 髙田紗理, 坂入正敏, 木村貞仁, 横山敦郎
    • Organizer
      日本補綴学会第127回学術大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノホーン修飾陽極酸化チタン上でのマクロファージの活性.2018

    • Author(s)
      木村貞仁,平田恵理, 髙田紗理, 坂入正敏,湯田坂雅子,横山敦郎.
    • Organizer
      第八回ナノカーボンバイオシンポジウム
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノホーンへ担持させたミノサイクリンの静菌作用の増強2017

    • Author(s)
      前田由佳利,平田恵理, 高野勇太, 佐伯 歩, 柴田健一郎, 湯田坂雅子,横山敦郎
    • Organizer
      第53回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム 第7回ナノカーボンバイオシンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ミノサイクリンを担持したカーボンナノホーンの開発2017

    • Author(s)
      前田由佳利,平田恵理,小松原浩実,山本悟,横山敦郎.
    • Organizer
      第47回日本口腔インプラント学会学術大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノホーン修飾陽極酸化チタン上の骨形成2017

    • Author(s)
      髙田紗理,平田恵理,前田由佳利小松原浩実,山本悟,横山敦郎
    • Organizer
      第47回日本口腔インプラント学会学術大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Biodistribution of carbon nanotubes after local implantation of mice2017

    • Author(s)
      Eri Hirata, Masako Yudasaka, Yukari Maeda, Takeshi Tanaka, Hiromichi Kataura, Atsuro Yokoyama
    • Organizer
      第54回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 局所埋入したカーボンナノチューブの体内動態2017

    • Author(s)
      平田恵理,湯田坂雅子,前田由佳利,小松原浩実,田中丈士, 片浦弘道, 横山敦郎
    • Organizer
      フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会ナノカーボンバイオシンポジウム
    • Place of Presentation
      伊藤国際学術研究センター(東京都文京区)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノホーンコーティング陽極酸化チタンの開発2016

    • Author(s)
      髙田紗理, 平田恵理, 小松原浩実, 山本悟, 横山敦郎
    • Organizer
      日本補綴歯科学会第125回学術大会
    • Place of Presentation
      石川県立音楽堂(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-07-08
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] The Electrodeposition of Anodized Titanium with Carbon Nanohorns2016

    • Author(s)
      Sari Takada, Eri Hirata, Atsuro Yokoyama
    • Organizer
      The11th Scientific Meeting of the Asian Academy of Osseointegration
    • Place of Presentation
      Bangkok, Thailand
    • Year and Date
      2016-06-03
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The effect of carbon nanohorns on human monocyte and mesenchymal stem cells2016

    • Author(s)
      Eri Hirata, Eijiro Miyako, Masako Yudasaka, Alberto Bianco, Atsuro Yokoyama
    • Organizer
      17th International Conference on the Science and Applicaiotn of Nanotubes
    • Place of Presentation
      Vienna. Austria
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カーボンナノホーンを用いた骨形成2016

    • Author(s)
      平田恵理,都英次郎,Alberto Bianco,湯田坂雅子,横山敦郎
    • Organizer
      フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会ナノカーボンバイオシンポジウム
    • Place of Presentation
      かでる27(北海道札幌市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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