| Project/Area Number |
23K25242
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| Project/Area Number (Other) |
22H03988 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90140:Medical technology assessment-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
Yamamoto Akiko 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 上席研究員 (20343882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今井 啓道 東北大学, 医学系研究科, 教授 (80323012)
清水 良央 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (30302152)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | レギュラトリーサイエンス / 生体吸収性金属材料 / 炎症反応 / インピーダンス / 疑似組織 / 分解特性 / リスク評価 / インピーダンス測定 / 拡散速度 / 生体内分解性材料 / 生物学的安全性 / 電気化学測定 / 物質拡散 |
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| Outline of Research at the Start |
生体内で分解・消失する金属材料としてMgやZn、Feの合金の医療応用が期待されている。これらの材料による治療の成否には、患者体内における分解速度が大きな影響を及ぼす。よって、臨床使用時のリスク低減には分解特性の適切な評価が重要であるが、動物を用いた評価法には限界がある。そこで、体内における分解速度に大きな影響を及ぼす因子として組織中血流量（拡散速度）と異物反応を想定し、これらを考慮したin vitro評価法を開発する。具体的には、1)疑似組織中の生体高分子濃度制御による血流量の模擬、2)免疫細胞の活性化状態制御による炎症反応の再現、により、腐食挙動に及ぼす影響を明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
Success in biomedical application of biodegradable metals depends on their corrosion/degradation rates in patient bodies. It is necessary to appropriately evaluate corrosion properties of biodegradable metals for reduction of risks in their clinical application. Therefore, we developed new in vitro evaluation methods for biodegradable metals considering blood flow and inflammation as influencing factors of their corrosion properties in patient bodies.
In order to simulate the difference in blood flow inside the tissue, we employed model tissues with different ion and gas diffusion rates. Electrochemical impedance spectroscopy revealed the decrease of corrosion rate in the model tissue. For the recreation of the inflammation in the tissue, we employed macrophages with different activation levels. The electrochemical impedance spectroscopy with hyper-activated macrophages demonstrated acceleration in corrosion rate of AZ31 alloy.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
ステントや骨接合材は損傷部位の修復後には不要になるが、現行の非吸収性デバイスの除去には再手術が必要であり、患者の肉体的・金銭的負担であった。生体内分解性金属材料デバイスの実用化は、これらの負担の解消に有用である。本研究で開発した血流量・炎症反応を模擬した評価法は、生体内分解性金属材料の患者体内における腐食挙動の理解に繋がり、臨床使用時のリスク評価ならびにデバイス開発・実用化に資する。
材料の生体内腐食特性評価において、組織中物質拡散速度を考慮した例はない。また免疫細胞の活性化による生体分解性金属材料の腐食挙動を明らかにした例もなく、いずれも貴重な成果であり学術的意義が高い。
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