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ポリウレタン・スポンジを気孔形成材とした炭酸アパタイト多孔体の開発と骨再生医療

Research Project

Project/Area Number 22K17078
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
Research InstitutionThe University of Tokushima

Principal Investigator

秋田 和也  徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 助教 (70876028)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords炭酸アパタイト / 多孔体 / 骨再生 / スキャフォールド / 骨補填材 / ポリウレタンスポンジ
Outline of Research at the Start

本研究では、繊維径の異なるポリウレタン・スポンジを気孔形成材として用いた炭酸アパタイト多孔体を開発する。気孔径はスポンジに依存するので、種々の気孔径を有する炭酸アパタイト多孔体を調製し、実験動物を用いて骨形成や材料の吸収性を評価する。その後、選定した炭酸アパタイト多孔体と骨髄幹細胞を複合化させ、異所性骨再生により、骨再生医療用スキャフォールドとしての有効性を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、ポリウレタン・スポンジを気孔形成材として用いることで種々の網状連通気孔を有する炭酸アパタイト多孔体の開発と、骨髄幹細胞との複合化による新規の骨再生医療用スキャフォールドへの展開を目的とする。
まず水と練和した硫酸カルシウム内にポリウレタン・スポンジを含浸させ、硬化体を作製した。硬化体をミリングマシンを用いて切削し、直径10mm、厚み1.5mmのディスクを作製した。700℃で硬化体内のスポンジを焼却することで、硬化体内のスポンジがあった部分の空洞を作ることで硫酸カルシウム多孔体を作製した。また、焼却によりディスク直径は9mmに縮小した。作製した硫酸カルシウム多孔体は溶解析出反応を利用して、4℃の炭酸ナトリウム水溶液に浸漬し炭酸化させ、90℃のリン酸水素ナトリウム水溶液に浸漬することでリン酸化させた。エックス線回折装置、フーリエ赤外分光光度計を用いて、炭酸カルシウム、炭酸アパタイトへの組成変換を確認した。さらに走査型電子顕微鏡にて網状連通気孔を有することを確認し、水銀圧入法にてファイバー径に準じた気孔が形成できていることを確認できた。以上の結果より、網状連通気孔を有する炭酸アパタイト多孔体の開発に成功した。また使用するスポンジのファイバー径を変えることで、種々の気孔径を有する炭酸アパタイト多孔体の開発に取り組んだ。
さらに開発した種々の気孔径を有する炭酸アパタイト多孔体を用いて動物実験を行った。ラット頭蓋骨に径9mmの骨欠損を作成し、ディスク状の炭酸アパタイト多孔体を骨欠損に埋植した。埋植2週で周囲組織を含めて摘出し、切片を作製し、組織学的に評価した。炭酸アパタイト多孔体周囲に炎症性組織はなく、生体親和性は良好であった。また、多孔体内部の気孔への骨形成を認めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目的の一つである炭酸アパタイト多孔体の開発に成功した。ポリウレタンスポンジを気孔形成材として用いることで、網状連通気体を作製でき、さらにファイバー径に一致した気孔が形成できた。また前駆体に硫酸カルシウムを用いることで、溶解析出反応を利用して、前駆体で形成した気孔を保ったまま、炭酸アパタイト多孔体の開発に成功した。さらに使用するファイバー径を変えることで種々の気孔径を有する炭酸アパタイト多孔体の開発に成功した。
動物実験を行い、開発した炭酸アパタイト多孔体は、良好な生体親和性と優れた骨伝導能を有することが確認できた。おおむね順調に進展していると評価した。

Strategy for Future Research Activity

開発に成功した種々の気孔径を有する炭酸アパタイト多孔体をラット頭蓋骨に作成した骨欠損に埋植している。今後、摘出する周期を変え、その骨形成を評価することで、骨形成に優れた気孔径を選定する。
また、炭酸アパタイト多孔体とラット骨髄幹細胞を複合化させることで、骨再生用スキャホールドの開発も行う。ラット大腿骨から骨髄を採取し、骨形成誘導培地上で培養し、炭酸アパタイト多孔体上に播種することで複合体を作製する。その複合体を同種の近交系ラット背部皮下に移植して、異所性の骨再生能を評価する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Comparison of bioresorbable bone substitutes, carbonate apatite and β-tricalcium phosphate, for alveolar bone augmentation with simultaneous implant placement.2023

    • Author(s)
      Naoyuki Fukuda, Keiko Kudoh, Kazuya Akita, Natsumi Takamaru, Kunio Ishikawa, Youji Miyamoto,
    • Journal Title

      Oral Science International.

      Volume: 1 Issue: 3 Pages: 221-228

    • DOI

      10.1002/osi2.1170

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Reconstruction of rabbit mandibular bone defects using carbonate apatite honeycomb blocks with an interconnected porous structure.2022

    • Author(s)
      Kudoh K, Fukuda N, Akita K, Kudoh T, Takamaru N, Kurio N, Hayashi K, Ishikawa K, Miyamoto Y.
    • Journal Title

      J Mater Sci Mater Med.

      Volume: 31 Issue: 1 Pages: 2-2

    • DOI

      10.1007/s10856-022-06710-2

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 炭酸アパタイト製骨補填材の炭酸基量を変えることによる吸収性と骨新生のコントロール2023

    • Author(s)
      秋田 和也, 福田 直志, 髙丸 菜都美, 工藤 景子, 工藤 隆治, 栗尾 奈愛, 宮本 洋二
    • Organizer
      第68回 日本口腔外科学会総会・学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 炭酸含有量が多孔質炭酸アパタイト顆粒の骨置換性に及ぼす影響2022

    • Author(s)
      秋田 和也,福田 直志,髙丸 菜都美,工藤 景子,宮本 洋二
    • Organizer
      第26回 日本顎顔面インプラント学会総会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 炭酸基量の異なる多孔質炭酸アパタイト顆粒の開発と骨再建2022

    • Author(s)
      秋田 和也,福田 直志,髙丸 菜都美 , 工藤 隆治,工藤 景子,栗尾 奈愛,宮本 洋二
    • Organizer
      第67回 日本口腔外科学会総会・学術集会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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