超分子ヒーター温熱発現性足場材で骨再生を時空間制御する

• Project/Area Number: 19K10197
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
• Research Institution: Fukuoka Dental College
• Principal Investigator: 川口 稔 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 准教授 (10122780)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: カーボンナノチューブ / DNA複合体 / 温熱発現 / 光応答性 / 骨再生 / 遮断膜 / DNA/プロタミン複合体 / 足場材 / 温熱効果

Outline of Research at the Start

カーボンナノチューブ（CNT)は生体透過性に優れる近赤外線（NIR)により温熱発現性を有する。我々はCNTを配合した外装式（貼付）ゲルによるNIR誘導温熱刺激で、硬組織の再生・再建が促進することを報告してきた。この温熱効果をさらに効率化するために再生用足場材自体に光熱発現性を装備させることを着想した。そこで本研究では骨伝導能を有するDNA/プロタミン複合体にCNTをコンジュゲートし、骨再生足場材自体に光で制御温熱を発現する超分子ヒーター機能を装備する。これにより、施術部位に近赤外線を照射すると足場材自体が温熱発現して骨再生を加速促進できる新規の光機能性足場材の開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

骨再生の促進は治療期間を短縮して治療の予後に大きく影響する。本研究では骨伝導性を有するDNA－プロタミン複合体に可溶化カーボンナノチューブ（CNT）をコンジュゲートさせたDP－CNT複合体を新規に調製した。この新素材は従来より骨伝導性に優れる特性が知られているDNAとプロタミン複合体を骨再生用足場材として応用しつつ、可視光線や近赤外線の照射によって温熱を発現し、自らが産生する熱刺激による骨再生の促進をはかる自己温熱発現型足場材である。研究代表者の川口はこの複合体が優れた賦形性を持つことに着目し、足場材本体のみでなく骨再生部位に軟組織が迷入することを遮断する目的で使用される遮断膜（バリヤーメンブラン）としての有効性を検討した。
DP-CNT複合体の調製はコンジュゲートさせるCNT量比を変化させて行ったが、試作複合体はいずれも粉末として合成できた。そして凍結乾燥によって細胞定着に有利な多孔質内部構造を有していた。さらにCNTのコンジュゲートによって複合体の機械的強さは容量依存的に改善されるとともに、成形されたメンブランはPBSや培地中での経時的分解性を制御できることが明らかとなった。さらに近赤外線の照射によってメンブラン自体が制御可能な温熱発現を示すことも明らかとなった。本研究の結果から、DP－CNT複合体メンブランは任意形態に加工が容易であり、組織内で骨再生部位への線維性組織の侵入を遮断しつつ体外からの近赤外線照射のよって適切な温度発現を示して再生部位での骨再生を促進できることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Preparation and Biodegradation Properties of DNA/poly-lysine Complexes by FE-SEM (2020)
  • Author(s): Nana Mori-Yamamoto, Minoru Kawaguchi, Kimiko Ohgi, Ayako Matsumoto, and Ryuji Sakagami
  • Journal Title: Journal of Oral Tissue Engineering Volume: 17 Pages: 1-8
  • NAID: 130007802540
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Basic Studies of Carbon Nanotube/DNA- protamine Complex Membranes for Guided Bone Regeneration (2020)
  • Author(s): Minoru Kawaguchi, Nana Mori-Yamamoto, Sayaka Mori-Shuto, Koichro Mori, Nozomi Kawashiri, and Reira Minami
  • Journal Title: Journal of Oral Tissue Engineering Volume: 18 Pages: 63-70
  • NAID: 130008000136
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation and Biodegradation Properties of DNA/poly-lysine Complexes by FE-SEM (2019)
  • Author(s): MoriI-Yamamoto N, Kawaguchi M, Ohgi K, Matsumoto A, Sakagami R
  • Journal Title: Journal of Oral Tissue Engineering Volume: 17 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.11223/jarde.17.1
  • NAID: 130007802540
  • ISSN: 1348-9623, 1880-0823
  • Peer Reviewed