Development of periodontal disease treatment methods with fine patterns that can be constructed directly by dentists themselves on the tooth surface

• Project/Area Number: 18K18984
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Akasaka Tsukasa 北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (00360917)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: ナノインプリント / 歯根膜再生 / マイクロ・ナノパターン / アパタイトパターン / コラーゲンパターン / エッチングマスク / 歯科材料 / 微細パターン化 / 歯周病治療 / 歯表面修飾

Outline of Final Research Achievements

For future periodontal tissue regeneration, we tried several methods to easily fabricate micro/nano-scaled patterns on the tooth surface. I fabricated light illuminator attachments for transferring patterns to curved tooth surfaces and selected cell-friendly resin components for pattern fabrication. I investigated the possibility of fabricating micro/nano-scaled patterns on apatite planes using acid etching with masks and in combination with lasers. Neither method was suitable for patterns fabrication. A winged pillar was designed to regenerate the periodontal ligament and its ability to orient cells was confirmed. These results provide the basis for a design for periodontal tissue regeneration.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、生体組織（本研究では歯）の表面にてナノテクノロジーの技術を応用し微細構造を直接構築する技術の開発である。また、細胞をコントロールするデザイン（形状）の発見にあり、それぞれ新しい学問領域の開拓に繋がる。社会的意義としては、本研究成果をさらに発展させれば、歯周病治療や歯周組織再生に繋がることである。多くの成人が歯周病になるが、重度歯周病により失った歯周組織を再生するのは困難で、現在、手術以外で簡単に歯周組織を再生させる方法はない。本研究での歯表面での微細構造作製技術およびデザインは、歯周病治療や歯周組織再生を促進する効果を持つ可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] Different micro/nano-scale patterns of surface materials influence osteoclastogenesis and actin structure (2022)
  • Author(s): Akasaka Tsukasa、Tamai Miho、Yoshimura Yoshitaka、Ushijima Natsumi、Numamoto Shinichiro、Yokoyama Atsuro、Miyaji Hirofumi、Takata Ryo、Yamagata Shuichi、Sato Yoshiaki、Nakanishi Ko、Yoshida Yasuhiro
  • Journal Title: Nano Research Volume: - Issue: 5 Pages: 4201-4211
  • DOI: 10.1007/s12274-021-4026-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 破骨細胞の吸収窩形成へのマイクロ・ナノパターンの影響 (2021)
  • Author(s): 赤坂 司, 中西 康, 吉田 靖弘
  • Journal Title: 日本歯科理工学会誌 Volume: 40 Pages: 31-31
• [Journal Article] Surface modification of tooth by nanoimprinting and cell response (2020)
  • Author(s): Tsukasa Akasaka
  • Journal Title: Journal of the Japan Society for Abrasive Technology Volume: 64 Pages: 614-617
  • NAID: 40022433758
• [Presentation] 微細構造が破骨細胞への分化に与える影響 (2022)
  • Author(s): 赤坂 司, 中西 康, 吉田靖弘
  • Organizer: 第34回代用臓器・再生医学研究会総会/日本バイオマテリアル学会北海道ブロック第6回研究会
• [Presentation] 破骨細胞様細胞への分化を促進または阻害する微細構造表面 (2022)
  • Author(s): 赤坂 司
  • Organizer: 令和3年度北海道歯学会2月例会
• [Presentation] 生体応用へ向けた細胞機能評価スクリーニング用マイクロ・ナノパターンの試作 (2022)
  • Author(s): 赤坂 司, 中川 勝，伊東駿也, 宮内昭浩
  • Organizer: 令和3年度生体医歯工学共同研究拠点成果報告会
• [Presentation] 微細構造表面が破骨細胞分化へ及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 赤坂 司
  • Organizer: 令和3年度北大細胞生物研究集会
• [Presentation] マイクロ・ナノパターンが骨系細胞に与える影響について (2021)
  • Author(s): 沼本真一郎, 赤坂 司, 吉田靖弘, 横山敦郎
  • Organizer: 第 33 回代用臓器・再生医学研究会総会/日本バイオマテリアル学会北海道ブロック第 5 回研究会
• [Presentation] 破骨細胞の吸収窩形成へのマイクロ・ナノパターンの影響 (2021)
  • Author(s): 赤坂 司, 中西 康, 吉田靖弘
  • Organizer: 第77回日本歯科理工学会学術講演会
• [Presentation] マイクロ・ナノパターンが骨系細胞に与える影響について (2021)
  • Author(s): 沼本真一郎，赤坂 司，吉田靖弘，横山敦郎
  • Organizer: 第33回代用臓器・再生医学研究会総会
• [Presentation] 破骨細胞分化誘導へのマイクロ・ナノパターンの影響 (2020)
  • Author(s): 赤坂 司，玉井美保，吉田靖弘
  • Organizer: 第75回日本歯科理工学会学術講演会
• [Presentation] いろいろなマイクロ・ナノパターンの細胞培養への応用 (2020)
  • Author(s): 赤坂 司
  • Organizer: 北海道ダイバーシティ研究環境推進ネットワーク
• [Presentation] マイクロ・ナノパターニングの歯科応用へ向けて (2019)
  • Author(s): 赤坂 司
  • Organizer: NGL2019 次世代リソグラフィワークショップ
• [Book] ナノインプリント技術ハンドブック (2019)
  • Author(s): 分担執筆 赤坂 司（応用物理学会・ナノインプリント技術研究会編）
  • Total Pages: 800
  • Publisher: オーム社
  • ISBN: 9784274224485
• [Remarks] 大学内掲載 研究内容 (赤坂 司)
  • URL: https://www.den.hokudai.ac.jp/seitaizairyou/akasaka/
• [Remarks] Research Map
  • URL: https://researchmap.jp/read0103543/
• [Remarks] 北海道大学 研究者総覧
  • URL: https://researchers.general.hokudai.ac.jp/profile/ja.9aedc21d80a05e55520e17560c007669.html
• [Remarks] 研究者個人のホームページ
  • URL: https://www.den.hokudai.ac.jp/seitaizairyou/akasaka/
• [Remarks] ResearchMap
  • URL: https://researchmap.jp/read0103543/