アパタイト―コラーゲン複合組織における力学的つながり特性評価
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20K04155
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
藤崎 和弘 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (90435678)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯尾 浩平 弘前大学, 医学研究科, 客員研究員 (70613488)
山下 典理男 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (10734486)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 骨組織 / 力学試験 / 複合材料 / X線回折 / 石灰化 / Ｘ線回折 |
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| Outline of Research at the Start |
生物は構造・機能を巧みに構成し、重力や運動、外からの攻撃等によって働く力学的ストレスに対応している。生体組織の常態的「硬化」は外力に抗うための一つの手段といえ、特に陸上では組織硬化により重力下で活動するために必要な剛性を得ている。我々はコラーゲンを主とする軟組織が硬質のアパタイトと結びつき硬化する「石灰化」と、アパタイトが抜け軟化する「脱灰」による微視的な特性変化に着目し、骨組織を電気化学的に処理することで、力学特性を意図的に変える手法を提案してきた。本研究では、アパタイト結晶形成条件や基質構造を変えることで硬・軟質間をより強く「つなぐ」方法を明らかにし、新しい骨強度改善手法を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では「生理学的作用によらない生体組織の石灰化」における力学特性改善を目指し、分担者らの有する医学・生理学的な知見と、微視構造観察・評価技術を導入することで、石灰化制御技術によるアパタイト―コラーゲンの強固な構造化条件を樹立する。また、組織間の「つながり」の強さを、組織内部のアパタイト結晶への荷重伝達特性によって評価する。
本期間においては、石灰化制御を施した骨試験片の微視構造解析のため、①骨脱灰試験片およびアパタイト形成試験片についてX線回折法による結晶構造評価、および、走査型電子顕微鏡による微視構造の高分解能観察と組成分析を行った。一連の実験を通じ、骨組織からアパタイトを除去する脱灰処理に関して、石灰化制御技術として提案している電圧印加処理によって組織が局所的に軟化すること、そして、局所軟化に伴って破壊強度が向上する結果が得られた。また、電圧印加による石灰化に関しては、形成したアパタイトが骨組織に似た結晶構造特性を有することを確認した。これらの結果は学会報告ならびに論文投稿を行っており、生成物の化学的な特性と本手法の実用性の観点で各分野の専門家から意見を求めているところである。
生体組織の異常石灰化形態の調査として、②血管組織の石灰化を試みた。チタン表面や骨表面と同様に、電圧印加により血管壁上にもアパタイトの形成が確認された。同様の現象が他の軟組織上にも形成する可能性があるため、研究分担者を通じて他部位の組織試料の収集を行った。
処理後の骨試験片の力学特性調査のため、③微小硬さ計測による構造特性評価を行った。骨試験片の脱灰部の硬さ測定を行うことで脱灰領域の軟化を確認した。本検証により、提案手法が局所的な脱灰に適していることを確認した。
以上、各種実験を通して得られた今期の成果は次年度の学会にて公表予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
骨試料に対する各種実験が進み、研究成果を国内外のオンライン開催の学会で報告した。論文投稿も進めており、次年度中の成果公開が見込まれている。また、骨以外の軟組織試料の入手も実現し、今後の展開が大きく期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次期はこれまで得られた知見や基礎技術に基づいて、医療分野での応用展開に向けた課題調査や有効性の判断を行う。引き続き、実験にて得られた結果を国内外の学会にて発表し、関連研究者の意見を求めるとともに、成果を論文にまとめて公表していく。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
