炭酸アパタイト骨補填材の高骨伝導性とパラクライン様効果の関係解明

• Project/Area Number: 22K10037
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 土谷 享 九州大学, 歯学研究院, 助教 (90722710)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 炭酸アパタイト / 骨補填材 / パラクライン効果

Outline of Research at the Start

骨と同じ無機組成である炭酸アパタイト骨補填材は、ハイドロキシアパタイト骨補填材、β型リン酸三カルシウム骨補填材、ウシ焼成骨補填材と比較して圧倒的な骨伝導性を示すが、その機序は十分に解明されていない。炭酸アパタイト骨補填材は、骨と同様に破骨細胞に吸収される。その際に、各種イオンが乖離される。これらのイオン種がパラクライン様効果を発揮し、骨芽細胞が活性化される可能性が高い。本研究においては、炭酸アパタイト骨補填材から各種イオンが能動的に乖離されるように炭酸アパタイト骨補填材を修飾し、骨芽細胞の活性化に及ぼす影響を検討するとともに、骨伝導性および骨置換性に及ぼす影響を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

骨と同じ無機組成である炭酸アパタイト骨補填材は、ハイドロキシアパタイト骨補填材、β型リン酸三カルシウム骨補填材、ウシ焼成骨補填材と比較して圧倒的な骨伝導性を示すが、その機序は十分に解明されていない。炭酸アパタイト骨補填材は、骨と同様に破骨細胞に吸収される。その際に、各種イオンが乖離される。これらのイオン種がパラクライン様効果を発揮し、骨芽細胞が活性化される可能性が高い。本研究においては、炭酸アパタイト骨補填材から各種イオンが能動的に乖離されるように炭酸アパタイト骨補填材を修飾し、骨芽細胞の活性化に及ぼす影響を検討するとともに、骨伝導性および骨置換性に及ぼす影響を検討する。
今年度は遊離イオンによるパラクライン様効果を確認するために硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウムを被覆した炭酸アパタイトの調製条件を検討した。炭酸アパタイトよりも溶解性の高いセラミックスである硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウムの被覆を試みた。酸性の硫酸イオン含有溶液、リン酸イオン含有溶液に炭酸アパタイトを浸漬することで表面に硫酸カルシウム、炭酸カルシウムの析出を認めたが、塩基性の炭酸イオン含有溶液では炭酸カルシウムが析出しなかった。現在、塩基性条件下で炭酸アパタイト、炭酸カルシウムより溶解性の低いセラミックスを炭酸アパタイト表面に被覆し、それを前駆体として炭酸カルシウムを析出することを試みている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

炭酸アパタイト骨補填材表面にリン酸カルシウム、硫酸カルシウムを被覆することに成功している。一方で、炭酸カルシウムについては炭酸イオン含有溶液のpHが高いことから被覆ができていない。現在、硫酸カルシウム被覆をして硫酸カルシウムを前駆体として炭酸カルシウムを被覆する条件を検討している。骨芽細胞および破骨細胞を用いた実験系の確立も順調に進んでいることから、本研究はおおむね順調にしていると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後は、硫酸カルシウムを被覆した炭酸アパタイトを炭酸イオン含有溶液に浸漬して炭酸カルシウム被覆炭酸アパタイトを得た後、マウス骨髄細胞から間葉系幹細胞、造血幹細胞をそれぞれ回収して骨芽細胞への分化、破骨細胞への分化について検討する。