Development of innovative artificial bone with drug release ability using photoresponsivity of carbon dots
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22K19609
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 57:Oral science and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
横山 敦郎 北海道大学, 歯学研究院, 教授 (20210627)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 悟 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (10344524)
平田 恵理 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (10722019)
高野 勇太 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (60580115)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | カーボンドット / カーボンナノ物質 / 薬剤担持 / 抗菌性 / 生体適合性 / リン酸カルシウム系セラミックス / 人工骨 / 光応答性 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の意義は、未だ実用化されていない光照射による骨補填材からの多種の薬剤の放出制御であり、臨床的にはこの効果を利用した骨補填材（人工骨）の開発である。カーボンドット (CD)は、アミド化反応により化学修飾を容易に行うことが可能であることから、光応答性の高いCDに抗菌剤と成長因子を担持し、波長の異なる光の照射により、最初に抗菌剤を放出することで手術直後の感染を防ぎ、炎症の修復期には成長因子を放出することにより骨形成を促進することが可能となる。口腔粘膜は光を透過しやすく、波長の選択により埋植した人工骨表面上のCDからの薬剤放出は十分可能と考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは、炭素原子のみから構成される新素材であるカーボンナノ物質（CNMs）を用いた生体材料の開発を目的として、CNMsの組織適合性、チタンへの表面修飾、薬剤の担持について研究を行ってきた。本研究においては、CNMsの一つであるカーボンドット (以下CD)に着目し、CDへの薬剤担持と光照射による放出制御、さらにリン酸カルシウムセラミックスへの担持を目的とした。CDは、その高い生体適合性と生分解性から、幅広い用途、特にバイオメディカル領域で新しい炭素材料としての応用が期待されている。本年度においては、CNMsの一種であるカーボンナノホーン (CNHs)にヒアルロン酸（HA）を介して抗菌剤であるミノサイクリン（MC）を結合して開発したCNHs-HA-MC複合体について、光照射による抗菌性を検討した。CNHs-HA-MC複合体に近赤外光を照射することにより、MC単独に比較し強い抗菌効果が得られた。この理由として、CNHsの光熱効果と光照射によるCNHsから放出したMCの静菌効果の相乗効果が考えられる。CNHs-HA-MC複合体の生体適合性についてもラット軟組織に埋入して起炎性のないことを確認した。CDについては、本年度も研究協力者であるA.Bianco博士を招いて合成や生体内での移行についてディスカッションを行い、MCを担持したCDを開発した。MCを担持したCDの抗菌性について確認するとともに、生体適合性をラット皮下組織に埋入して1週後の反応を検索し、生体適合性には問題ないことを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
CDの合成、抗菌剤の修飾、抗菌性の確認に若干の時間を要したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
CNHs-HA-MC複合体についてはin vitroの成果を論文にして発表するとともに、in vivoにおける抗菌性の検索、長期的な生体反応の確認を行う。
CDについてはMCに加えて、成長因子（FGFやBMPなど）の担持と光による放出制御について検討するとともに、リン酸カルシウム系セラミックス（ハイドロキシアパタイトや炭酸アパタイト）への表面処理を行い、in vivoにおける効果を検索する。
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Report
(2 results)
Research Products
(20 results)
