生体骨を模した新しい複層型人工骨の開発とdrug delivery

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K10848
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 吉井 俊貴 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (50583754)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 早乙女 進一 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附講座准教授 (20401391) ; 大川 淳 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30251507) ; 榎本 光裕 東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 講師 (90451971)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 骨再生 / 人工骨

Outline of Annual Research Achievements

生体骨を模した新しい複層型人工骨の開発とdrug delivery：当研究室が開発した多孔質ハイドロキシアパタイト/コラーゲン複合体（HAp/Col）は骨再生の足場材料として有用であるが、スポンジ状で強度が弱いため荷重部での単独使用は困難である。一方、低気孔率のハイドロキシアパタイト（HAp）は、材料内部に骨再生が十分に期待できない反面、力学的強度に優れる。応募者は中空の低気孔率HApの内部に多孔質HAp/Colを配置することで、生体骨の構造（強度の強い皮質骨の内部に、網目状の海綿骨を有する）を模した新しい移植材料 ‘複層型HAp人工骨’を考案した。本研究ではこの複層型HAp人工骨の骨組織再生における有用性、薬剤担体としての可能性を検討し、早期に臨床で使用できる新しいタイプの人工骨補填材料の開発を目指す。
In vitro 力学テスト：気孔率15％、30％、40％のHApの力学的特性を検討した。それぞれの気孔率のHAｐを中空率0％、30％、60％とふりわけ、圧縮強度試験を行い、中空率と圧縮強度は負の相関を示すことが確認された。また気孔率と圧縮強度も負の相関を示すことが明らかとなった。30％の-60％程度の中空率でも荷重部での使用が十分可能であることが確認された。またIn vitroでBMP2のHAｐ/Colへの含浸、徐放の試験を行い、HAｐ/Colの吸着力が十分であることを確認し、またBMP2は2週間で20％程度徐放される（In vitro）ことがわかった。
またラット大腿骨の骨欠損モデルを使用した骨再生実験に関して予備実験を行ったところ、安定性に問題を残し、予想した骨修復がなかなか認められなかったため、日本白色家兎の脛骨（Segmental）骨欠損モデルを作成し予備実験を行ったところ、一定の安定性が得られ、骨形成モデルとして有用であることを確認した。現在、中空HA、Hybrid HA、BMP2付加の3群の移植実験を行っているところである。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前述のようにラット大腿骨の骨欠損モデルを使用した骨再生実験に関して予備実験を行ったところ、安定性に問題を残し、予想した骨修復がなかなか認められなかった。
しかしながら、以前に使用した経験のある日本白色家兎の脛骨（Segmental）骨欠損モデルを作成し予備実験を行ったところ、一定の安定性が得られ、中空HApを使用した骨再生モデルとして有用であることを確認したため、In vivoの動物モデルを変更し、検討を行うこととした。

Strategy for Future Research Activity

前述の日本白色家兎の脛骨（Segmental）骨欠損モデルにて中空HAp、Hybrid HAｐ、さらにはBMP2付加Hybrid HAｐの有用性をまず検証し、このモデルで期待通りの骨修復が得られた場合には、脊椎固定モデルなどより臨床に則したモデルで検討を行っていく。

Causes of Carryover

In vivoの動物モデルで予想通りの骨形成を認めず、モデルの変更を行ったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

日本白色家兎の脛骨骨欠損モデルにて、In vivoの検証を進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Intraoperative evaluation using mobile computed tomography in anterior cervical decompression with floating method for massive ossification of the posterior longitudinal ligament. (2017)
  • Author(s): Yoshii T, Hirai T, Yamada T, Inose H, Kato T, Sakai K, Enomoto M, Kawabata S, Arai Y, Okawa A.
  • Journal Title: J Orthop Surg Res. Volume: 12(1):12 Pages: 12
  • DOI: 10.1186/s13018-017-0515-1.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Comparative Study of Anterior Decompression With Fusion and Posterior Decompression With Laminoplasty for the Treatment of Cervical Spondylotic Myelopathy Patients With Large Anterior Compression of the Spinal Cord. (2017)
  • Author(s): Hirai T, Yoshii T, Arai Y, Sakai K, Torigoe I, Maehara H, Tomori M, Taniyama T, Sato H, Okawa A.
  • Journal Title: Clin Spine Surg. Volume: In press Pages: In press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anterior Cervical Corpectomy and Fusion Using a Synthetic Hydroxyapatite Graft for Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament. (2017)
  • Author(s): Yoshii T, Hirai T, Sakai K, Sotome S, Enomoto M, Yamada T, Inose H, Kato T, Kawabata S, Okawa A
  • Journal Title: Orthopedics. Volume: 40(2) Pages: e334-e339
  • DOI: 10.3928/01477447-20161208-02.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plasmin Prevents Dystrophic Calcification After Muscle Injury. (2017)
  • Author(s): Mignemi NA, Yuasa M, Baker CE, Moore SN, Ihejirika RC, Oelsner WK, Wallace CS, Yoshii T, Okawa A, Revenko AS, MacLeod AR, Bhattacharjee G, Barnett JV, Schwartz HS, Degen JL, Flick MJ, Cates JM, Schoenecker JG.
  • Journal Title: J Bone Miner Res. Volume: 32(2) Pages: 294-308
  • DOI: 10.1002/jbmr.2973
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact of the surgical treatment for degenerative cervical myelopathy on the preoperative cervical sagittal balance: a review of prospective comparative cohort between anterior decompression with fusion and laminoplasty. (2017)
  • Author(s): Sakai K, Yoshii T, Hirai T, Arai Y, Shinomiya K, Okawa A.
  • Journal Title: Eur Spine J. Volume: 26(1) Pages: 104-112
  • DOI: 10.1007/s00586-016-4717-8.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fall-related Deterioration of Subjective Symptoms in Patients with Cervical Myelopathy. (2017)
  • Author(s): Kimura A, Seichi A, Takeshita K, Inoue H, Kato T, Yoshii T, Furuya T, Koda M, Takeuchi K, Matsunaga S, Seki S, Ishikawa Y, Imagama S, Yamazaki M, Mori K, Kawasaki Y, Fujita K, Endo K, Sato K, Okawa A.
  • Journal Title: Spine (Phila Pa 1976). Volume: 42(7) Pages: E398-E403
  • DOI: 10.1097/BRS.0000000000001798
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical Outcomes of Spinal Surgery for Patients Undergoing Hemodialysis. (2016)
  • Author(s): Yamada T, Yoshii T, Hirai T, Inose H, Kato T, Kawabata S, Okawa A.
  • Journal Title: Orthopedics Volume: 39(5) Pages: e863-8
  • DOI: 10.3928/01477447-20160509-06.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anterior decompression with fusion versus posterior decompression with fusion for massive cervical ossification of the posterior longitudinal ligament with a 50% canal occupying ratio: a lticenter (2016)
  • Author(s): 38．Yoshii T, Sakai K, Hirai T, Yamada T, Inose H, Kato T, Enomoto M, Tomizawa S, Kawabata S, Arai Y, Okawa A.
  • Journal Title: Spine J Volume: 16(11) Pages: 1351-1357
  • DOI: 10.1016/j.spinee.2016.07.532.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prevalence and distribution of ossification of the supra/interspinous ligaments in symptomatic patients with cervical ossification of the posterior longitudinal ligament of the spine: a CT-based multicenter cross-sectional study. (2016)
  • Author(s): Mori K, Yoshii T, Hirai T, et al.
  • Journal Title: BMC Musculoskelet Disord. Volume: 1;17(1) Pages: 492
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bone Turnover Markers as a New Predicting Factor for Non-union After Spinal Fusion Surgery. (2016)
  • Author(s): Inose H, Yamada T, Mulati M, Hirai T, Ushio S, Yoshii T, Kato T, Kawabata S, Okawa A.
  • Journal Title: Spine (Phila Pa 1976). Volume: In press Pages: In press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prevalence and Distribution of Ossified Lesions in the Whole Spine of Patients with Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament A Multicenter Study (JOSL CT study). (2016)
  • Author(s): Hirai T, Yoshii T, Iwanami A, Takeuchi K, Mori K, Yamada T, Wada K, Koda M, Matsuyama Y, Takeshita K, Abematsu M, Haro H, Watanabe M, Watanabe K, Ozawa H, Kanno H, Imagama S, Fujibayashi S, Yamazaki M, Matsumoto M, Nakamura M, Okawa A, Kawaguchi Y.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 11(8) Pages: ):e0160117
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0160117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cervical pedicle screw placement using intraoperative computed tomography imaging with a mobile scanner gantry. (2016)
  • Author(s): Yoshii T, Hirai T, Sakai K, Inose H, Kato T, Okawa A.
  • Journal Title: Eur Spine J. Volume: 25(6) Pages: 1690-7
  • DOI: 10.1007/s00586-016-4508-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Drain Tip Culture is Not Prognostic for Surgical Site Infection in Spinal Surgery Under Prophylactic Use of Antibiotics. (2016)
  • Author(s): Yamada T, Yoshii T, Egawa S, Takada R, Hirai T, Inose H, Kato T, Jinno T, Okawa A.
  • Journal Title: Spine (Phila Pa 1976). Volume: 41(14): Pages: 1179-84.
  • DOI: 10.1097/BRS.0000000000001503
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 28．T Yoshii, T Hirai, K Sakai, A Okawa, K Shinomiya., A Prospective Comparative Study in Skin Antiseptic Solutions for Posterior Spine Surgeries: Chlorhexidine-Gluconate Ethanol Vs. Povidone-Iodine (2016)
  • Author(s): T Yoshii, T Hirai, K Sakai, A Okawa, K Shinomiya.
  • Organizer: CSRS
  • Place of Presentation: Toronto、Canada
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 頚椎OPLLに対する前方法の有用性 (2016)
  • Author(s): 吉井俊貴
  • Organizer: 第51回 日本脊髄障害医学会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-11-10
  • Invited
• [Presentation] 頚椎OPLLによる脊髄損傷 (2016)
  • Author(s): 吉井俊貴
  • Organizer: 日本骨髄間葉系幹細胞治療学会第1回学術集会
  • Place of Presentation: 札幌プリンスホテル（北海島札幌市）
  • Year and Date: 2016-10-22
  • Invited
• [Presentation] 頚椎後縦靭帯骨化症に対する手術治療 －術式選択ー (2016)
  • Author(s): 吉井俊貴
  • Organizer: 北大脊椎脊髄外科セミナー
  • Place of Presentation: 北海道大学医学部学友会館フラテホール(北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-07-15
  • Invited
• [Presentation] 頚椎後縦靭帯骨化症に対する手術治療 －合併症とその対策ー (2016)
  • Author(s): 吉井俊貴
  • Organizer: 北大脊椎脊髄外科セミナー
  • Place of Presentation: 北海道大学医学部学友会館フラテホール(北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-07-15
  • Invited
• [Presentation] 頚椎後縦靭帯骨化症による頚髄損傷, (2016)
  • Author(s): 吉井俊貴
  • Organizer: 第30回日本外傷学会
  • Place of Presentation: 御茶ノ水ソラシティ（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-05-30
  • Invited
• [Presentation] 18．吉井 俊貴, 平井 高志, 山田 剛史, 猪瀬 弘之, 川端 茂徳, 大川 淳, 脊椎後方手術における術野消毒液の検討 前向き比較試験 (2016)
  • Author(s): 18．吉井 俊貴, 平井 高志, 山田 剛史, 猪瀬 弘之, 川端 茂徳, 大川 淳
  • Organizer: 第89回日本整形外科学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-05-12
• [Presentation] A prospective, randomized study comparing selective laminectomy and conventional laminoplasty for cervical spondylotic myelopathy, (2016)
  • Author(s): 20．吉井俊貴、平井高志、山田剛史、猪瀬弘之、加藤剛、川端茂徳、大川淳
  • Organizer: 第89回日本整形外科学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-05-12
• [Presentation] Co-existence of Ossification of the Nuchal Ligament is Associated with Hyperostosis in the Whole Spine in Patients with Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament (2016)
  • Author(s): T Yoshii, T. Hirai, A Iwanami, K Takeuchi, K Mori, A Okawa, Y Kawaguchi.
  • Organizer: CSRS-AP
  • Place of Presentation: Seoul（韓国）
  • Year and Date: 2016-04-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 頸椎後縦靱帯骨化症患者における項靱帯骨化の併存と脊椎靱帯骨化傾向との関連性 (2016)
  • Author(s): 9．吉井 俊貴, 平井 高志, 岩波 明生, 竹内 一裕, 森 幹士, 中村 雅也, 松本 守雄, 大川 淳, 川口 善治,
  • Organizer: 第45回 日本脊椎脊髄病学会学術集会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-04-14
• [Presentation] 走行型術中CTを使用した頸椎椎弓根スクリュー挿入 fluoroscopy側面透視下挿入との精度の比較 (2016)
  • Author(s): 14．吉井 俊貴, 平井 高志, 坂井 顕一郎, 山田 剛史, 猪瀬 弘之, 加藤 剛, 川端 茂徳, 新井 嘉容, 大川 淳
  • Organizer: 第45回 日本脊椎脊髄病学会学術集会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-04-14
• [Presentation] A prospective comparative study in surgical preparation solutions for posterior spine surger-ies：Chlorhexidine-gluconate ethanol vs povidoneiodine, (2016)
  • Author(s): 15．吉井俊貴、平井高志、山田剛史、猪瀬弘之、加藤剛、大川淳
  • Organizer: 第45回 日本脊椎脊髄病学会学術集会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-04-14