Multidrug-releasing apatite-coated scaffold for stem cell control and dentin-pulp regeneration

Research Project

Project/Area Number	23KF0095
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	外国
Review Section	Basic Section 90120:Biomaterials-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	大矢根綾子国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 総括研究主幹 (50356672)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	BANERJEE KAUSHITA 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2023-04-25 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000) Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 2023: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords	アパタイト / 足場材 / 歯周組織再生 / アスコルビン酸 / 薬物 / 成膜 / コラーゲン / 過飽和溶液
Outline of Research at the Start	う蝕で失われた歯質（象牙質）は通常再生せず、補綴物による修復治療が行われる。近年、失われた歯髄・象牙質を再生しようとするin vivo再生療法が注目されている。研究代表者らは最近、ヒトのバイオミネラルに類似の低結晶性アパタイトを多孔質足場材の表面に成膜すると、歯槽骨の再生を促進できることを明らかにした。本研究では、アパタイトに種々の処理を施し、歯髄幹細胞ならびに骨芽細胞様細胞の増殖・分化に与える効果をin vitroで検証する。さらに、最適化されたアパタイト膜を成膜した足場材をラット露髄モデルに適用し、歯髄・象牙質のin vivo組織再生の実証を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	研究代表者らは最近、リン酸カルシウム過飽和溶液を用いて作製されたアパタイト成膜足場材（コラーゲンスポンジ）が、優れた歯周組織再生能を示すことを明らかにした。本研究では、アパタイト成膜足場材に種々の薬物を担持・複合化することによって、より高品位な歯周組織再生用足場材を創製することを目的とする。初年度（2023年度）は、1つ目の担持薬物としてL-アスコルビン酸リン酸エステルマグネシウム塩ｎ水和物（AsMg）を用い、X.P. Wangらの既報技術およびJ.A. Nathanaelらの既報技術を参考に、AsMg担持アパタイト成膜足場材の作製条件検討とin vitro機能評価を進めた。具体的には、まず、足場材となるコラーゲンスポンジにプラズマおよび交互浸漬処理を施すことでリン酸カルシウムをプレコーティングした後、同スポンジを、AsMg添加リン酸カルシウム過飽和溶液に浸漬し、成膜を行った。成膜後の足場材表面の構造・組成を、走査電子顕微鏡、エネルギー分散型Ｘ腺分光分析装置、X線回折装置等を用いて分析すると共に、担持されたAsMgの量を紫外－可視分光分析により定量した。これらの結果から、過飽和溶液へのAsMg添加濃度が、足場材表面におけるアパタイト形成能およびAsMg担持量に与える影響を明らかにし、成膜条件の絞り込み・選定を行った。次に、選定された条件にて作製されたAsMg担持アパタイト成膜足場材を用い、AsMg徐放挙動（生理食塩水中）ならびに細胞親和性・増殖性の評価を進めた。得られたin vitro機能評価の結果に基づき、次年度の研究で用いるAsMg担持アパタイト成膜足場材を選定した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 1つ目の担持薬物としてAsMgを用いた検討を進め、AsMgを有効濃度で徐放するAsMg担持アパタイト成膜足場材の作製条件を見出し、基本的なin vitro機能評価を完了した。次年度に向けて、2つ目の担持薬物を用いた予備検討（定量法の確認、複合化方法の検討等）も進めており、概ね順調と評価した。
Strategy for Future Research Activity	2024年度は、前年度（2023年度）の研究において選定されたAsMg担持アパタイト成膜足場材に、2つ目の薬物の担持・複合化を試みる。得られた足場材について、前年度と同様の方法で構造・組成分析およびin vitro機能評価を進めると共に、PCRによる細胞分化挙動評価も行う（共同研究先である北海道大学大学院歯学研究院にて実施予定）。得られた結果をまとめ、高効率・高品位な歯周組織再生のための多剤徐放性アパタイト成膜足場材の設計・構築指針を明らかにする。