Expanded Graphite as a Scaffold for Bone Regeneration

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K16687
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 傍島 淳 信州大学, 医学部附属病院, 特任助教 (00770760)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 膨張黒鉛 / スキャフォルド / カーボン素材 / 生体材料 / 再生医療

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は膨張黒鉛の新しいバイオマテリアルとしての可能性を評価することである．膨張黒鉛の骨形成能への影響に対する研究は我々がこれまでカーボン材料を生体材料として用いる研究を行ってきたからこそ行える研究であり，膨張黒鉛のin vivo，in vitroの実験を通じてカーボンナノマテリアル（CNM）で見られた骨形成に対する優位性が連通多孔質構造によってさらに高まる可能性がある．
今回研究対象である膨張黒鉛と同様，我々はこれまでに同じく炭素素材であるカーボンナノチューブ（CNT）やカーボンファイバーによる骨形成試験を行ったがファイバー周囲に骨形成を認めている．膨張黒鉛も同様に骨形成能があることが予想され，さらに良質の骨形成足場材としての効果を期待していた．
行ってきた動物実験は既にこれまで行ってきた方法であるタイプ１コラーゲンとrhBMP-2に評価対象物質を加えたものをマウスの背部皮下に埋め込み，異所骨形成を評価する方法であり，本申請では膨張黒鉛を加えたものと加えてないもので比較した．実験ごとにデータのばらつきがみられ，膨張黒鉛群で優位に異所骨形成が見られたケースも見られたが，最終判断としては現状の評価方法での骨形成促進効果はないと判断すべきであろう．
細胞を使った安全性と骨形成能についての検討は膨張黒鉛の分散状態の計測から行い，MC3T3-E1前骨芽細胞を使って分散状態，濃度，暴露時間による細胞毒性，さらに骨芽細胞の分化マーカー遺伝子の発現を評価した．そして，細胞毒性はほとんど見られないもののCNTで見られた骨芽細胞に対する分化促進効果は見られなかった．
計画した動物実験と細胞実験を行った結果，残念ながら膨張黒鉛自体には骨形成促進の効果は観察されなかった．一方でこの結果はCNMで見られる効果と異なることを意味しており，CNMによる骨形成促進メカニズムを考える上で有用な研究であった．