2017 Fiscal Year Annual Research Report
材料主導型再生医療を目指した表面電荷誘起無機生体材料の開発
| Project/Area Number |
16H05531
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
|---|
Principal Investigator |
山下 仁大 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (70174670)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 美穂 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (40401385)
堀内 尚紘 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (90598195)
永井 亜希子 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (40360599)
野崎 浩佑 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (00507767)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | バイオインターフェイス / 表面改質 / 再生医療 / バイオセラミックス / エレクトレット / 表面電荷 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
再生医療の進展は医療においても学術的にも大変期待されているが、臨床現場に供されるまでには克服すべき難題は多い。再生医療には細胞と生体物質の利用に加え、細胞の接着ー増殖ー分化を補助する優れたた足場材料（スキャホールド）の開発が不可欠である。ヒト応用に有効な再生医療に対しては、既存材料の一層の機能強化と開発が強く望まれている。
本研究においては、物理的あるいは化学的、生物学的作用力により材料自ら細胞の挙動を制御しうる材料主導型再生医療の推進を目的とし、その基盤となりうる普遍的理論と応用手法の構築を目指す。既に着手している骨系細胞から血管内皮細胞や神経細胞に対し、材料に導入した表面電荷により形成される局所電場による細胞遊走や増殖亢進効果などのナノバイオインターフェイス解析に基づく表面改質理論と手法を確立する。次に最新の研究において見出した共培養系での材料の作用力による異種細胞間のカスケード的シグナル伝達の促進や、幹細胞と肉腫細胞周期の制御などの画期的効果の理論構築と実用性の検証を行い、さらには臨床の視点も加味しながら、上述の種々の作用力を潜在的に有し再生医療に資する材料の開発と応用を目的とする。
本研究では、バイオインターフェイスの創生する周辺環境の方法として、それを三次元的に制御されることが期待できる表面電荷誘起に着目し、ハイドロキシアパタイトセラミックス、生体吸収性を有する炭酸アパタイトやβ－リン酸三カルシウム（βTCP）、またバイオガラスをポーリング処理することによってバイオエレクトレットを作製してきた。今後はセラミックエレクトレット上で接触角測定による表面エネルギー測定および、細胞培養を行い、その細胞接着形態を観察し、表面電荷誘起のためのポーリング処理条件についての知見を蓄積していく。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２８年度（初年度）に、実験に供するバイオエレクトレットの基材となる高品質セラミックスの作製とそのポーリング処理によるエレクトレット化技術の確立が研究計画通りに進捗した。
２年目に当たる平成２９年度にはスキャホールド応用を勘案した材料科学的アプローチとして、塊状ポーラス体、顆粒及び微粒子、薄膜と種々の形態のエレクトレットを作製・加工を計画した。さらに、線維芽細胞、血管内皮細胞、骨芽細胞、破骨細胞などの組織細胞に対する接着・増殖・分化特性を検討等の分子生物学的アプローチを行った。
塊状ポーラス体と顆粒状粒子は臨床に最も頻繁に供される形状で、これらのセラミック作製とエレクトレット化を試み、成功するとともに最適に近いポーリング条件を明らかにした。
また薄膜試料は新規スキャホールドとしての応用のみならず、ナノレベルでのバイオ界面の基礎現象を解析する上で重要である。当該年度に有機酸をテンプレートとしたナノ粒子合成を起点とする積層薄膜の合成法に成功した。さらにこれらを用いた細胞培養法による生体安全性の評価とともにバイオナノ界面の解析に着手した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
エレクトレットでは表面に誘起された電荷が体温を含む常温域で安定に存在し、これに起因する電場、すなわち静電気力を周辺に発する。本研究ではその力を体内において組織及び細胞挙動の制御に利用し、バイオ界面をナノレベルでマニピュレートすることを総目的としている。これまでの研究期間において種々の形態のバイオセラミックスのエレクトレット化に成功し、細胞培養実験により生体安全性のみならず、種々の細胞に働きかけることのできる報告例のない新機能性スキャホールドの作製の糸口を見出してきた。
今後はエレクトレットとしてバイオ及び電気的機能を発揮しうる効率の最適化条件を確立していく。またエレクトレット機能の寿命をシミュレーションと合わせ実験的に明らかにしていく。具体的に取りうる手法としては、バイオセラミックスの作製条件の最適化（温度と水蒸気存在の効果）、ポーリング条件の最適化（電圧と温度、印可時間など）、劣化実験による寿命の予測と劣化原因の解明、を予定している。
|
