2017 Fiscal Year Research-status Report

人工骨材料を目指した有機無機ハイブリッド材料の機能化

Research Project

Project/Area Number	16K05798
Research Institution	Sophia University
Principal Investigator	竹岡裕子上智大学, 理工学部, 准教授 (50338430)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	有機無機ハイブリッド / 生体材料 / 生分解性高分子 / 人工骨
Outline of Annual Research Achievements	生体骨の主成分である水酸アパタイト(HAp)と生分解性高分子であるポリ(L-乳酸)(PLLA)の複合体は、骨欠損部位への移植時にPLLAの分解とともに生体骨と一体化する人工骨として期待されている。本研究では生体骨に匹敵する機械的強度、弾性率を有する複合体の作製を目的とし、ウレタン結合の導入を行った。多孔性HApの気孔内にPMDI (polymeric diphenylmethane isocyanate)のTHF溶液を凍結脱気により導入後、LLA oligomer (Diol OLLA)を溶融導入し、160℃、6時間の反応により、PMDI-PLLA/HAp複合体を作製した。複合体のFT-IR測定の結果から、塊状重合によるウレタン結合の形成を確認した。PMDI溶液の濃度を0.1 - 0.8 g mL-1と変化させて複合体を作製した。TG測定の500℃における残存重量から算出したp-HAp中へのPMDI-PLLAの導入率は16-19 wt%であった。p-HApと比較し、いずれの複合体も強度が向上した。複合体の曲げ強度はPMDI溶液の濃度の増加に伴い高くなり、0.6 g mL-1のPMDI溶液を用いた際に最大値73.5 MPaとなった。この際の複合体の弾性率は10.3 GPaであった。昨年度までに得られていた強度と比較して数段の進歩である。同複合体の加水分解特性を調べた結果、従来の複合体ではPLLAの流出により浸漬3日後でおよそ85％まで重量が減少したのに対し、今回の複合体は3週間で重量変化はほとんど観察されず、三点曲げ強度の値も従来の複合体は3日で20MPaほど低下したのに対し、今回の複合体は曲げ強度をおおむね維持し、目的が達成できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 水酸アパタイトにウレタン構造を有するポリ乳酸を導入することで、高強度、適切な弾性率を有する複合体が得られた。水酸アパタイトからの早期ポリ乳酸の流出も抑制でき、当初の目的の一つは既に達成することができた。次の段階として、二相性セラミックスへのポリ乳酸の検討を進める。
Strategy for Future Research Activity	水酸アパタイトとポリ乳酸からなる複合体の作製において、イソシアネート化合物の濃度を最適化することにより水酸アパタイト多孔体からのポリ乳酸の早期流出を防げることが分かったため、これを二相性セラミックスに展開し、人工骨としての評価を行う。具体的には骨芽細胞用細胞の培養を行い、気孔の中への骨芽細胞の侵入と骨分化について重点的に評価を行いたいと考えている。