最適な濃度の抗菌イオンを徐放し、優れた骨形成促進作用を有するインプラントの開発
| Project/Area Number |
21K16653
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 56020:Orthopedics-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
奥津 弥一郎 京都大学, 医学研究科, 助教 (70887661)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 銀イオン / ストロンチウムイオン / チタン金属 / 機能性インプラント / 抗菌インプラント / titanium implant / antibacterial effect / silver ion / strontium ion / osteogenic effect / チタン製インプラント / イオン徐放 / 骨形成性 / 抗菌性 |
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| Outline of Research at the Start |
「インプラント周囲の骨形成促進し、かつ最適な濃度のAgイオン徐放性抗菌インプラントの開発」においては細胞実験、動物実験を通して、毒性・骨形成能・抗菌性を多角的に評価し、安全性・抗菌性・骨形成性を両立するインプラントを確立する。
「生体内での抗菌性を反映する生体外抗菌性試験法の確立」においては各種生体外抗菌性評価法と生体内抗菌性の結果を比較し、最も生体内抗菌性を反映する生体外抗菌性評価法を特定する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当研究ではチタンインプラント表面に骨形成促進作用を持つSrイオンと抗菌性を持つAgイオンを担持させる処理を行い、各種濃度のAgイオンを徐放させるインプラント群において抗菌性や骨結合性、毒性、作用機序などを明らかにしていく。
In vitroにおける抗菌性はAg濃度依存性に抗菌性を認めており、当初の予測した通りの結果を得ている。グラム陽性球菌、グラム陰性桿菌の代表的な菌である黄色ブドウ球菌、大腸菌において同結果を得ている。インプラント上での細胞培養における毒性評価・骨分化評価ではAg担持処理にて濃度依存性に細胞活性低下、骨形成関連タンパク発現の低下を認めている。
In vivoにおける抗菌性評価は複数の手法で行った。Agイオン最高濃度担持インプラントでは明らかな抗菌性を示したが、Agイオンの担持がやや低濃度のインプラントでは評価法によって結果は様々であった。ラット大腿骨へのインプラント埋入による骨結合性評価ではインプラント・骨結合性はAgイオン最高濃度担持インプラントであっても骨結合性は良好であった。最高濃度Ag担持インプラントの周囲組織は壊死組織・毒性を示唆する所見は認めていない。
また、in vivoにおける抗菌性を予測できるin vitro抗菌性評価法の確立については材料の多孔性・抗菌性物質の含有・徐放の程度により挙動が異なるため、一様に確立することは困難であると考えている。
また、現時点までの研究結果を、学会・研究会で発表を計4回行った。現時点での結果をまとめて論文作成し投稿予定である。
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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
理由：実験の進捗程度としては80%程度であり、順調に経過している。
In vitro
①抗菌性評価：順調に経過しており、Ag濃度依存性に強い抗菌性を示しており、良好な結果を得ている。②細胞実験における骨形成性・毒性評価：Ag担持により細胞活性低下を認めている。骨分化・骨形成性評価ではAg担持によって、骨形成関連タンパクの発現の低下を認めている。
In vivo
③骨結合性評価(力学・組織評価)：順調であり良好な結果を得ている。Ag濃度が最も高いインプラントにおいて有意なAgイオンの血中濃度上昇を確認しているが、上昇の程度は軽微なもので想定の範囲内である。インプラント周囲組織の評価では高濃度Agインプラントでも明らかな壊死組織・有毒性などは認めていない。④動物実験における抗菌性評価：インプラント周囲菌量・感染組織・浸出液・総合スコア評価を使用して、各種評価を行っているが、総合的には濃度依存性に抗菌性を発揮していると評価している。ただ、各種評価において結果が一致しているわけではない。
⑤in vivoでの抗菌性を予測できるin vitro抗菌性評価：様々なインプラントで評価しているが、インプラントにより抗菌性物質の挙動が異なるため一様に評価することは困難であると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
in vitroとin vivoにおける結果の解離が、細胞毒性・骨結合性評価、抗菌性評価において認めている。実験条件を変えながら何度か繰り返しているが、やはりこの解離は存在するようで認めざるを得ない部分である。
今後の研究推進方策として、現時点での結果をまとめて論文化していくこと。学会・研究会・書籍などで研究成果を発信していく。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
