Development of immediate loading implants based on regulation of osteocyte network architecture

Research Project

Project/Area Number	20K10067
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 57050:Prosthodontics-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Ishibashi Minoru 東北大学, 歯学研究科, 非常勤講師 (40231138)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山田将博東北大学, 歯学研究科, 准教授 (90549982) 江草宏東北大学, 歯学研究科, 教授 (30379078)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	骨小腔ー骨細管ネットワーク / 骨結合促効果 / チタンナノ表面改質技術 / 骨結合促進効果 / 骨小腔―骨細管系ネットワーク
Outline of Research at the Start	（2020年度）機械的刺激が骨細胞の骨小腔―骨細管系ネットワーク構築に与える影響，及びチタン表面形態が機械的刺激に対する骨細胞の応答性に与える影響を反復圧縮負荷装置を用いた蛍光標識骨細胞培養試験で明らかにする．（2021と2022年度）骨小腔－骨細管系ネットワークの活性化が即時負荷の骨結合促進効果に与える影響，及びインプラント表面形態が即時負荷の骨結合促進効果に与える影響を遺伝子改変マウス顎骨のインプラント即時負荷モデルで明らかにする．これらを解決することにより，即時荷重インプラントの骨結合促進効果の分子生物学的機序が解明されるとともに，その効果を増強するインプラント表面改質法の開発に繋がる．
Outline of Final Research Achievements	Osteocyte network architecture is closely related to bone turnover.The cellular echanosensing system regulates osteocyte dendrite formation; thus, surface nanotopography of the biomaterial can affect osteocyte network architecture. In this study, the cementum-mimetic titanium nanosurface implant that mimics　hemicromechanical　properties　and nanosurface topography of tooth root　 cementum,　promoted　osteocyte　attachment　to　the　implant　surface　directly with a lot of　dendrites　development　of　lacuna-canalicular　network　in　peri-implant　bone tissue　by　applying　physical　contact　stimulation　with　numerous　nanospikes　on　osteocytes,　leading　to　the　enhancement　of　osseointegration.
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	骨結合型インプラントの臨床的安定性は、骨細胞の三次元的ネットワークによって決定される骨の質に影響されます。骨細胞の三次元的ネットワーク形成を調節する生体材料は現在知られておりません。本研究は、無数のナノ突起を備えた生体模倣チタンナノ表面が、ナノ形態の物理的刺激を介して、骨細胞に多数の細胞突起を形成させてチタンナノ表面に付着させ、骨細胞の三次元的ネットワーク形成を促進することにより、チタンインプラントの骨結合を強化できることを初めて実証した研究です。ナノテクノロジーによる骨細胞制御の成功は、骨質を制御するための画期的な技術の開発への道を開きます。