2018 Fiscal Year Annual Research Report
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18H05254
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中野 貴由 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30243182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 卓也 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (40324793)
村瀬 剛 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (50335361)
坂井 孝司 山口大学, 医学系研究科, 教授 (00444539)
萩原 幸司 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10346182)
石本 卓也 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50508835)
當代 光陽 新居浜工業高等専門学校, 環境材料工学科, 准教授 (10610800)
松垣 あいら 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10592529)
福田 英次 弓削商船高等専門学校, 電子機械工学科, 助教 (30536553)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 異方性の材料科学 / 金属3Dプリンタ / インプラント / 骨異方性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨異方性誘導のための「異方性の材料科学」の構築のため、(1) 自発的骨異方性形成（直接的アプローチ）、(2) 骨代替異方性インプラント創製（間接的アプローチ）の材料科学・生物科学両側面からのアプローチの融合による解決を目指し研究に取り組んでいる。
(1)骨系細胞の織り成す異方性骨形成機構の解明・制御に向け、平成30年度はそれを可能とする動物モデルや解析法の確立を行った。マウスを主とする遺伝子組み換え動物を準備するとともに、材料工学的手法（μXRD、複屈折マッピング法、μCT等）を駆使して、アパタイト、コラーゲンの異方性定量化法確立に成功するとともに、骨関連ホルモン・代謝異常を示す遺伝子（詳細は非公開）が骨異方性形成に深く関与することを明らかにした。
(2)人為的骨異方性促進材料・インプラントの創製のため、金属3Dプリンタの自在な構造体化能力を駆使した内部形状制御による低弾性・高靱性化ならびに異方性付与に着手した。加えて、原子配列に基づく弾性率異方性化・極低ヤング率化を目指し、単結晶化を含めた材質制御、それを可能とする造形パラメータの最適化に着手した。特に今年度は異方性骨誘導のための多孔質造形体の創製を目指した原料粉末の準備、粒径制御を行い、スキャンストラテジーを中心とした特殊造形パラメータ探索を開始している。
今後は、(1)で得た骨異方性発現メカニズムに関する知見を(2)で可能となる材質・形状制御に基づく造形体の異方性化と融合することで、本課題を加速的に推進する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
【研究実績の概要】に記載のとおり、平成30年度に計画していた以下の項目は、一部計画を前倒ししつつ遂行した。以下に、代表的な項目ごとの進捗状況を示す。なお。記号の意味は、◎：当初計画以上に進展、〇：計画通り進展、とする。
① 遺伝子組み換え動物の準備（〇）、② 材料工学的手法を駆使した、アパタイト、コラーゲンの異方性解析（◎：異方性定量化法を確立）、③ 金属3Dプリンタによる人為的骨異方性促進材料の造形に着手（◎：原料粉末準備・粒径制御を既に確立）、④ 内部形状制御による異方性多孔質造形体の創製に着手（〇）、⑤ インプラント低弾性・異方性付与のための特殊造形パラメータ探索（◎）
以上より、総合的に「当初の計画以上に進展している」と自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度に当初計画を上回り研究が進展し、試料確保ならびに解析手法の確立、注目する遺伝子の候補（非公開）の選定が完了したのみならず、金属3Dプリンタによる人為的骨異方性促進材料創製のための造形準備（特殊パラメータを含む造形条件の最適化）を既に開始したことから、直接的・間接的両アプローチの融合による「異方性の材料科学」構築へ向けての研究環境が当初計画をはるかに上回り整備されたといえる。
次年度は、今年度の成果を踏まえ、遺伝子組み換え動物骨における異方性変化の起源について遺伝子・分子発現と異方性度を関連づけて解明するとともに、得られた知見は金属3Dプリンタによる異方性骨促進材料の設計に活用し、あたかも生体骨として振舞うような骨代替インプラントの創製へとつなげる。
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Research Products
(130 results)
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[Journal Article] Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys driven by quenched-in compositional uctuations2019
Author(s)
Masakazu Tane, Hiroki Nishiyama, Akihiro Umeda, Norihiko, L. Okamoto, Koji Inoue, Martin Luckabauer, Yasuyoshi Nagai, Tohru Sekino, Takayoshi Nakano, Tetsu Ichitsubo
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: in press
Pages: in press
Peer Reviewed
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[Journal Article] Effects of Autogenous Bone Graft on Mass and Quality of Trabecular Bone in Ti-6Al-4V Spinal Cage Fabricated with Electron Beam Melting2019
Author(s)
Hiroyuki Takahashi, Takuya Ishimoto, Takayuki Inoue, Hiroomi Kimura, Keita Uetsuki, Natsuki Okuda, Yohei Nakanishi, Jong Yeong Oh, Manabu Ito, Yoshio Nakashima, Takao Hanawa, and Takayoshi Nakano
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Journal Title
Materials Transactions
Volume: 60
Pages: 144-148
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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