2017 Fiscal Year Annual Research Report
Preparation of Ti-binding osteogenic protein by using phosphorylated chitin
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15K05554
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
久保木 芳徳 北海道大学, 地球環境科学研究院, 名誉教授 (00014001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 俊逸 北海道大学, 地球環境科学研究院, 特任教授 (30142194)
戸倉 清一 北海道大学, 地球環境科学研究院, 名誉教授 (40000806)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 3次元マトリックス / チタン結合性骨造成蛋白質 / キチンのリン酸化 / リン酸化キチンのチタン結合性 / 骨中のリン蛋白 / インプラント蛋白質 / 骨とチタンの結合メカニズム / リン酸化セリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属であるチタンが生きた骨と強固に結合するという驚くべき現象が、60年前にスェーデンのブレノマルク博士によって発見されて以来、チタンは、現在殆どすべての人工歯根（歯科インプラント）と人工骨、人工関節に用いられて来た。しかしながら、チタンと生きた骨の結合の生化学的メカニズムは60年間の謎として未解明であった。さらにチタンの欠点として、骨との結合に月単位の長時間を要する点であった。私たちは、この問題の解決を目指して、各種蛋白質とチタンと結合を系統的に研究した結果、骨中に存在するチタン結合性骨誘導蛋白質(TiBP)(通称インプラント蛋白質)を発見し、これによって生きた骨とチタンの結合メカニズムを明らかにした。TiBPは複数のリン酸化セリンを含み、そのリン酸基を介してチタン結合し、骨芽細胞を呼び寄せてチタンの表面に、骨を誘導する。実際、TiBPをコートしたチタンインプラントは、非コート対称群に比べて、1週目の骨形成量が100倍以上多いことを実証した。
本研究は、TiBPを骨組織からの抽出・精製法を改良して、臨床応用の道を開く一方、TiBPの代替品を追究した結果、リン酸化したキチン、コラーゲンなどの高分子も、チタンに結合することを明らかにした。そこで、リン酸化キチンをチタンインプラントにコートして、ラットの頭蓋骨にしたところ、TiBPと同様に骨誘導が行われることを明らかになった。当初の計画に従って、リン酸化したキチンに、さらに接着性ぺプチドを縮合して、複合体として埋植実験を行ったところ、この複合体は、予想に反し、かえって骨誘導能が、リン酸化キチン自体よりも低いことが分かった。したがって、TiBPの代替品としては、より複雑な接着ペプチドとリン酸化キチン複合体を求めるよりも、比較的合成が容易なリン酸化キチンをチタンにコートして、臨床化の道を開くことが得策であると結論した。
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