Reconditioning of implant surface contaminated by microorganisms using advanced oxidation process

• Project/Area Number: 22K10013
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 菅野 太郎 東北大学, 歯学研究科, 教授 (30302160)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 圭祐 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (30431589)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 促進酸化処理 / 骨芽細胞 / チタン / インプラント / 歯科用インプラント / ヒドロキシルラジカル / 酸化促進処理

Outline of Research at the Start

本研究では、活性酸素の一種であるヒドロキシルラジカルを応用し、細菌や化学物質で汚染された歯科用インプラント表面の生体親和性を回復する革新的技術の基盤構築を目的とする。細菌感染によって引き起こされるインプラント周囲炎の治療では、抗菌療法を伴う適切な治療を行っても、骨とインプラントが再び結合することは非常に困難となる。これは、細菌由来の汚染物質、あるいは抗菌療法に用いる殺菌消毒剤や抗生物質がインプラント表面に残留するためであると考えられる。そこで本研究では、ヒドロキシルラジカルの有機物分解作用を応用し、汚染されたチタン表面の生体親和性を回復するための清浄化技術の有効性を実証する。

Outline of Annual Research Achievements

研究計画に従って、まず初めに歯科用インプラントに類似した表面性状を有する試料の準備及び評価を実施した。市販されている純チタンのディスク（直径5 mm）に50umのアルミナでサンドブラスト処理を行い、さらに60℃に加温した49%硫酸で1時間エッチングを行った。処理後、超純水と超音波洗浄機を用いて洗浄し、表面性状の評価を行った。試料表面の濡れ性を接触角測定装置（PCA-1）で評価し、親水性の表面であることを確認した。また、表面粗さを非接触表面粗さ測定装置（Talysurf CCI HD）を分析し、市販の歯科用インプラントと類似したSa（算術平均粗さ）、Str（表面性状のアスペクト比）、Sds（頂点密度）を有していることを確認した。これらの結果に基づいて、以降の実験においては、この方法で作製したチタンの円板状試料を実験に用いることとした。
次に、チタン表面の汚染状態が骨芽細胞（MC3T3-E1）の付着・増殖に及ぼす影響を調べた。汚染物質としては、殺菌消毒剤（0.2%クロルヘキシジン、40%クエン酸、3%過酸化水素）、20 mg/mLの抗生剤（アモキシシリン、メトロニダゾール、ミノサイクリン塩酸塩）、1 mg/mLの細菌由来成分（リポ多糖、ペプチドグリカン、リポタイコ酸)を用いた。チタン試料の表面に各汚染物質の水溶液を滴下し、1時間乾燥させた。超純水で1度洗浄後、細胞増殖用培地に浸漬し、細胞を播種した。3日間の培養後、MTT試験を行って細胞増殖を分析した結果、メトロニダゾールとリポタイコ酸を除くその他の汚染物質による処理で骨芽細胞の増殖が有意に抑制されることが分かった。今後の研究では、これらの汚染したチタン表面を促進酸化処理で清浄化し、細胞親和性を回復できるかどうかを評価する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

チタン試料作製方法の確立および細胞試験の実験系確立に想定以上に時間がかかったために計画よりも遅れが出ている。しかしながら、in vitroでの骨芽細胞を用いた実験系を確立することができたので、次年度以降は研究計画に従って、促進酸化処理による汚染チタン表面の清浄化効果の評価を実施することができると考えている。

Strategy for Future Research Activity

研究分担者と緊密な連携を取り、各自の役割をより明確化することで次年度以降の研究を推進する。具体的には、研究代表者が細胞試験を実施し、分担者が細胞試験で用いた促進酸化処理条件下で生成する活性酸素の分析を行う。