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Synthesis and biomedical applications of octacalcium phosphate nanoparticles with optical functionality by incorporating a functional defect core

Publicly Offered Research

Project AreaNew Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores
Project/Area Number 22H04500
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTokyo Medical and Dental University

Principal Investigator

横井 太史  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (00706781)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsリン酸八カルシウム / バイオイメージング / ナノ粒子 / 生体適合性 / 機能コア / 蛍光 / イメージング / 芳香族カルボン酸
Outline of Research at the Start

本研究では、蛍光性カルボン酸を置換固溶したリン酸八カルシウムナノ粒子の精密合成、同ナノ粒子の細胞への導入のための表面有機修飾、同ナノ粒子の細胞への導入と細胞内で蛍光バイオイメージングプローブとして機能することの実証を経て、機能コアとして蛍光性カルボン酸を置換固溶したリン酸八カルシウムナノ粒子の蛍光バイオイメージングプローブとしての有用性を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

リン酸八カルシウム(OCP)ヒトの骨や歯を構成する無機主成分であるヒドロキシアパタイトの前駆体であると考えられている。OCPは人工骨として利用できるほど生体との高い親和性を有するセラミックス生体材料である。また、OCPは層状構造を持ち、層間にカルボン酸イオンを導入することができる。この性質を利用して、研究代表者はこれまでにOCPに蛍光性カルボン酸を導入することによって生体適合性に優れる蛍光体の作製に成功した。しかしながら、得られた蛍光体粒子のサイズは数マイクロメートルであり、蛍光バイオイメージングプローブとして利用するにはサイズが大きすぎることが課題であった。
そこで、2022年度の研究においては材料合成法を抜本的に見直し、合成プロセスを従来の溶解-析出法から沈殿法に変更し、高過飽和度環境で短時間で合成を完了させる合成反応系とすることによって蛍光性カルボン酸を導入したOCPナノ粒子の合成に成功した。しかし、得られた蛍光性OCPナノ粒子の蛍光波長は短波長であり、バイオイメージングプローブとしては不向きであることが分かった。
そこで2023年度の研究においてはOCPに導入するカルボン酸種を変更し、得られた材料の蛍光特性を調べた。その結果、2,5-ピリジンジカルボン酸、2,6-ピリジンジカルボン酸およびp-フェニレンジカルボン酸では依然として蛍光波長は短波長であったものの、4-(カルボキシメチル)安息香酸を導入したOCPにおいては約610nmの蛍光を示した。この結果は、従来の蛍光性OCPの蛍光波長の最大値(450nm)を大幅に超える長波長化に成功しており、蛍光性OCPのバイオイメージングプローブへの応用に向けて大きく前進する結果を得られたものと言える。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Synthesis and fluorescence properties of octacalcium phosphate with incorporated pyridinedicarboxylate ions2023

    • Author(s)
      Yokoi Taishi、Watanabe Masahiro、Wang Yuejun、Goto Tomoyo、Sekino Tohru、Shimabukuro Masaya、Kawashita Masakazu
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 131 Issue: 10 Pages: 701-707

    • DOI

      10.2109/jcersj2.23027

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Year and Date
      2023-10-01
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Formation of octacalcium phosphate with incorporated dicarboxylate ions containing disulfide bonds2023

    • Author(s)
      Yokoi Taishi、Watanabe Masahiro、Nakamura Fumiya、Kimura-Suda Hiromi、Shimabukuro Masaya、Kawashita Masakazu
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 52 Issue: 45 Pages: 16586-16590

    • DOI

      10.1039/d3dt02462h

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of Octacalcium Phosphate Containing Glutarate Ions with a High Incorporation Fraction2022

    • Author(s)
      Yokoi Taishi、Watanabe Masahiro、Goto Tomoyo、Meng Sikun、Sekino Tohru、Shimabukuro Masaya、Kawashita Masakazu
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 64-64

    • DOI

      10.3390/ma16010064

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Octacalcium phosphate with incorporated carboxylate ions: a review2022

    • Author(s)
      Yokoi Taishi、Shimabukuro Masaya、Kawashita Masakazu
    • Journal Title

      Science and Technology of Advanced Materials

      Volume: 23 Issue: 1 Pages: 434-445

    • DOI

      10.1080/14686996.2022.2094728

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Octacalcium phosphate with incorporated aromatic carboxylate ions: A biofriendly imaging probe2022

    • Author(s)
      Taishi Yokoi
    • Organizer
      20th Asian Bioceramics Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis of Fluorescent Nano-sized Octacalcium Phosphate with Incorporated Aromatic Dicarboxylate Ions2022

    • Author(s)
      Taishi Yokoi
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Visualization in Joining & Welding Science through Advanced Measurements and Simulation & The 2nd International Symposium on DEJI2MA
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 芳香族ジカルボン酸を導入したリン酸八カルシウムナノ粒子の精密合成2022

    • Author(s)
      横井太史
    • Organizer
      公益社団法人日本セラミックス協会 第35 回秋季シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機修飾型リン酸八カルシウムナノ粒子の合成2022

    • Author(s)
      横井太史
    • Organizer
      一般社団法人粉体粉末冶金協会2022年度春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 蛍光性カルボン酸を層間に導入したリン酸八カルシウムナノ粒子の合成2022

    • Author(s)
      横井太史
    • Organizer
      一般社団法人歯科理工学会 第79回日本歯科理工学会学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

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

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