インプラントの新生骨が短期間で形成可能な生体骨アパタイトコーティング法の基礎研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K09624
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 中田 浩史 日本大学, 松戸歯学部, 講師 (10349970)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: リン酸カルシウム / 動物実験 / インプラント / Micro-CT / 新生骨 / 骨梁構造 / 表面処理 / 組織学的観察

Outline of Annual Research Achievements

本研究は生体微量金属元素をリン酸カルシウムに配合した生体骨アパタイト(Synthetic bone mineral: SBM)をインプラントにコーティングする表面処理法を開発し、埋入後に形成される早期な新生骨形成と骨質向上を明らかにする。
実験は9週齡ラットに全身麻酔を行い、左側大腿骨遠位端から10mmの位置に剃毛と消毒後、切開を行い、骨膜を剥離し骨面を露出する。埋入窩は大腿骨に直径1.2mmの孔の形成し、インプラントを埋入した。ラットは埋入後2週および4週後に大腿骨を摘出した。令和元年度の研究実績として、摘出した骨はインプラント引き抜き試験、骨密度測定および組織学的観察によりSBMによる骨質向上の有用性を一部明らかとした。
引き抜き試験で、インプラント埋入2週後のコントロール群は1.8±0.4NでSBM群は18.6±2.7 NでSBM群が有意に高い結果となった。インプラント埋入4週後のコントロール群は4.4±1.3 NでSBM群は24.4±5.1 NでSBM群が有意に高い結果となった。またSBM群はインプラント埋入2週後と比較して4週後で有意に高い結果となった。
骨密度測定ではインプラント埋入2週後のSBM群は770.0±49.7mg/cm3、コントロール群は437.8±71.0mg/cm3で有意に高い値となった。インプラント埋入4週後のSBM群は957.9±40.0mg/cm3、コントロール群は489.1±37.9 mg/cm3で有意に高い値となった。以上の結果から、SBMは骨代謝を早期に促進させて骨形成を優位にさせる材料であることが示唆された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究では現在動物実験を終了し、摘出した骨の解析を行っている。その解析とはMicro-CTでインプラント周囲新生骨の骨密度をカラーで濃度差を出すように調整している。カラーで濃度差を出す目的はインプラントに接する側と骨髄側骨質には違いがあることをこれまでに研究発表しており、インプラントに接する新生骨の方が熟成が進むことが明らかとしてきた。よって、今回の研究の目的である生体骨アパタイトによる表面処理したインプラントに接する新生骨はブラスト処理（コントロール群）と比較して骨密度が高いことが明らかとなった。
また本研究では大腿骨に埋入したインプラントを引き抜き強度測定により接着強度測定を行った。これは生体骨アパタイトとブラスト処理（コントロール群）でインプラント埋入後２週間と４週間とで新生骨形成により接着強度の差を図る目的とした。その結果ではブラスト処理（コントロール群）と比較して生体骨アパタイト群では埋入2週と４週間とで優位な接着強度があることが明らかとなった。これによりインプラント周囲に形成される新生骨の骨量と成熟度に有意な差があることが明らかとなった。
さらには引抜き試験を行った骨を非脱灰標本作製し、ビラネバゴールドナー染色を行い、インプラント周囲に形成される類骨や石灰化骨への形成や経時的変化について観察を行い、コントロール群と比較してSBM群では２週と４週共に新生骨形成量が多く観察された。
以上の結果から本研究の結果をJournal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterialsに投稿中である。

Strategy for Future Research Activity

令和３年度では本研究で使用した非脱灰標本をRAMAN分光分析のイメージング像の分析を行う。RAMAN分光分析は有機質と無機質の分子含有比率から石灰化の変化をカラー像で表示することが出来る。さらに本研究で測定したMicro-CT撮影でTRI/3D Bon BMDソフトの分析システムを応用することにより、有機質と無機質の分子含有比率と骨密度の3次元カラー分布を提示することで石灰化度の相関性が明らかにできる。この既存のMicro-CTとTRI/3D Bon BMDソフトの分析システムは、骨密度の測定値を疑似カラーとして3次元の画像表示を行うことができ、申請者が行った方法である。またこの3者を併用した石灰化の分析は、今日までに応用されていない新たな分析手法として、難治性骨疾患・骨欠損による補填材など臨床応用へ展開することができると考える。

Causes of Carryover

本研究を遂行するにあたり、令和２年度では参加予定していた国内２つの学会がweb開催となり、コロナ禍で国内外への出張が制限されたことから出張旅行費が執行できませんでした。
よって、次年度はこれまでの成果をまとめて、Journal of Biomedical Materials Research Part Bへ論文投稿料に充てる予定とする。