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2017 Fiscal Year Research-status Report

Osteoinductivity and osteoconductivity of non-oxide ceramics

Research Project

Project/Area Number 17K01389
Research InstitutionKyoto Institute of Technology

Principal Investigator

PEZZOTTI G.  京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (70262962)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松田 修  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00271164)
山本 俊郎  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40347472)
足立 哲也  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (10613573)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords生体医工学 / 生体材料
Outline of Annual Research Achievements

日本が迎える超高齢化社会において、再生力や免疫力が低下した有病者や高齢者に対し、人工関節置換術を確実に行うには、高い骨伝導性と抗菌性を有するインプラント材料を使用することが望ましい。しかしながら、既存のインプラント材料はこれらの要件を十分に満たしているとは言い難いのが現状である。我々は、優れた機械的性質と生体親和性を有する窒化ケイ素セラミック(Si3N4シリコンナイトライド)が、表皮ブドウ球菌や歯周病菌に対し抗菌性を有することを報告した。しかしながら、これまで窒化ケイ素が骨原生細胞に与える影響についての基礎的な研究は、あまり行われてこなかったことを踏まえ、本研究は、in vitroやin vivoの系において、窒化ケイ素が骨芽細胞や間葉系幹細胞に効率的に与える影響を明らかにし、窒化ケイ素が次世代の人工関節デバイスになり得るか検討する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

窒化ケイ素基板上にマウス間葉系幹細胞株KUSA-A1を窒化ケイ素の基板またはチタン合金(コントロール)の基板上に播種し、骨誘導条件で培養した。24時間後、窒化ケイ素基板とチタン基板に接着した細胞を蛍光標識したファロイジンで染色し、蛍光顕微鏡で観察した。14日間後、基板上に沈着したハイドロキシアパタイト(骨の主成分)の局在をレーザーラマン顕微鏡で解析した。また、非コラーゲン性の骨基質タンパク質であるオステオカルシンとIGF-1(インスリン様成長因子:Insulin-like Growth Factor-1)をELISAで測定した。実験の結果、窒化ケイ素の基板に接着した細胞数はチタン基板よりも4倍以上多かった。窒化ケイ素の基板上で培養したKUSA-A1はコントロールと比較し、より多くのハイドロキシアパタイトを産生した。窒化ケイ素基板上で培養したKUSA-A1は、コントロールと比較し、より多くのIGF-1とオステオカルシンを産生した。以上の結果から、窒化ケイ素はチタン以上の骨誘導能を有することが明らかとなった。

Strategy for Future Research Activity

in vitroの系において、窒化ケイ素はチタン以上の骨誘導能を有することが明らかとなった。今後は、実験動物(ラットかラビット)に窒化ケイ素インプラントを移植し、in vivoの系における窒化ケイ素の骨伝導能と骨誘導能を明らかにする。

Causes of Carryover

計画していた実験が効率的に進み、順調に進んだ為、実験にかかる消耗品等が想定を下回った為。次年度に学会での発表行うため次年度へと繰越を行う。

  • Research Products

    (12 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 5 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Missouri(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of Missouri
  • [Journal Article] Bioceramics are not bioinert2017

    • Author(s)
      G. Pezzotti
    • Journal Title

      Material Today

      Volume: 20 Pages: 395-98

    • DOI

      10.1016/j.mattod.2017.06.008

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An Assessment of the Inherent Antimicrobial Resistance of Biomaterials Utilized in Spinal Fusion Surgery2017

    • Author(s)
      C. A. Kuhns, B. J. McEntire, R. M. Bock, G. Pezzotti, B. Bal
    • Journal Title

      The Spine Journal

      Volume: 17 Pages: 168-169

    • DOI

      10.1016/j.spinee.2017.07.249

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Enhanced Bioactivity and Bacteriostasis of PEEK Polymers Through Incorporation of Silicon Nitride Particles2017

    • Author(s)
      C. A. Kuhns, R. M. Bock, B. J. McEntire, B. Bal, G.Pezzotti
    • Journal Title

      The Spine Journal

      Volume: 17 Pages: 169-169

    • DOI

      10.1016/j.spinee.2017.07.250

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Human osteoblasts grow transitional Si/N apatite in quickly osteointegrated Si3N4 cervical insert2017

    • Author(s)
      G. Pezzotti, N. Oba, W. Zhu, E. Marin, A. Rondinella, F. Boschetto, B. McEntire, K. Yamamoto, B. S. Bal
    • Journal Title

      Acta Biomaterialia

      Volume: 64 Pages: 411-20

    • DOI

      10.1016/j.actbio.2017.09.038

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Silicon nitride surface chemistry: A potent regulator of mesenchymal progenitor cell activity in bone formation2017

    • Author(s)
      G. Pezzotti, R. M. Bock, T. Adachi, A. Rondinella, F. Boschetto, W. Zhu, E. Marin, B. McEntire, B. S. Bal, O. Mazda
    • Journal Title

      Applied Materials Today

      Volume: 9 Pages: 82-95

    • DOI

      10.1016/j.apmt.2017.05.005

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Antimicrobial Resistance of Oxide and Non-Oxide Ceramics2018

    • Author(s)
      B. J. McEntire, G. Pezzotti, R. Bock, T. Adachi, E. Marin, F. Boschetto, W. Zhu, B. S. Bal
    • Organizer
      Orthopedic Research Society 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improved Bioactivity and Bacteriostasis of PEEK Polymers by Addition of Silicon Nitride Particles2018

    • Author(s)
      B. J. McEntire, G. Pezzotti, W. Zhu, E. Marin, A. Rondinella, F. Boschetto, R. M. Bock, B. S. Bal
    • Organizer
      Orthopedic Research Society 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Upregulation of Osteoblastic Activity by Si-Y-N-O Phase Chemistry2018

    • Author(s)
      G. Pezzotti, D. A. Cullen, R. M. Bock, W. Zhu, E. Marin, B. J. McEntire, K. L. More, Donovan N. Leonard, B. S. Bal
    • Organizer
      Orthopedic Research Society 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Osteoinductive potential of silicon nitride ceramics versus mesenchymal stem cells2018

    • Author(s)
      Adachi ,T Horiguchi S, Rondinella A, Boschetto Adachi ,T Horiguchi S, Rondinella A, Boschetto F, Marin E, Yamamoto T, McEntire BJ , Mazda O, Kanamura N, Pezzotti G.F, Marin E, Yamamoto T, McEntire BJ , Mazda O, Kanamura N, Pezzotti G.
    • Organizer
      AADR/CADR Annual Meeting & Exhibition 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 骨伝導能を有する窒化ケイ素セラミックスの歯科インプラントへの応用2017

    • Author(s)
      堀口智史, 足立哲也, 山本俊郎, Giuseppe Pezzotti , 松田修, 金村成智
    • Organizer
      日本歯周病学会60周年記念京都大会
  • [Presentation] 骨誘導と抗菌性を併せ持つ新規インプラント材料の開発2017

    • Author(s)
      堀口智史, 足立哲也, 山本俊郎, Giuseppe Pezzotti , 松田修, 金村成智
    • Organizer
      平成29年度4大学連携研究フォーラム

URL: 

Published: 2018-12-17   Modified: 2022-02-21  

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