テンプレート積層法による低結晶性β-TCP海綿骨様構造の創生

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K09648
• Research Institution: Fukuoka Dental College
• Principal Investigator: 丸田 道人 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 准教授 (40507802)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒平 高章 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 助教 (30706958) [Withdrawn] ; 泉 利雄 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 教授 (40248547) ; 梶本 昇 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 助教 (30824213)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: リン酸三カルシウム / マグネシウム

Outline of Annual Research Achievements

研究の第２フェーズとして海綿骨石膏シートの積層条件の最適化を行った。具体的には、積層法による海綿骨様β-TCPの鋳型になる海綿骨石膏シートの調製法の最適化を行った。
具体的には、前年度の研究結果で明らかになったベータ型リン酸三カルシウムの調製条件を用いて3Dプリンタで作成した鋳型となる薄膜テンプレートのモデルの設計と離型条件の検討を行った。3DプリンタProjet1200（最小積層ピッチ30ミクロン）を用いて鋳型となる薄膜テンプレートを作成した。その後、薄膜の鋳型の厚さを順次変化させSEMによる積層多孔体の構造観察を行い最適な積層ピッチを検討した。その結果、海綿骨の骨梁の大きさも順次変更することにより強度の最適化を目指したが、多孔体の強度は気孔率が大きくなるにつれて減少し、連通気孔が観察される気孔率60%程度で約0.8MPaであった。最も効率的にリン酸三カルシウムへと相変換される水熱処理温度は150度であった。また、この温度ではマグネシウム含有量が2%からリン酸三カルシウムへと相変換可能であることが明らかになった。一方、多孔体の気孔率はマグネシウムの添加量によらず、約60%程度で一定であったが、水熱処理反応を用いた溶解析出反応による処理後の溶液のpHはマグネシウム含有量が多いほど高い値を示した。溶解反応実験の結果ではマグネシウム添加によりリン酸三カルシウムの構造が安定化されたため、マグネシウムを含んでいない試料に対して優位に溶解量の低下が観察された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本実験においては、低い結晶性で海綿骨様の完全連通気孔構造を持つ新規リン酸三カルシウムの調製法の開発を最終目的としている。
本年度の結果から低い結晶性をもつリン酸三カルシウムの調製条件は明らかになったが、テンプレート積層法で使用する光硬化樹脂が硬化時にねじれ問題が生じている。このねじれ問題は、光硬化樹脂が硬化する際に起こり、テンプレート膜が薄くなるほどに大きくなる。そのため、代替案が必要なことが明らかになった。代替案として正弦波曲線の重ね合わせによるテンプレートの開発に取り組んでいる。

Strategy for Future Research Activity

テンプレートによる積層法についてはこれまでの薄膜法とともに正弦波曲線の重ね合わせによるテンプレートの開発に取り組む。また、今年度はこれまでの実験で最適化された試料を用いた動物実験を行う。骨補填材の吸収性と骨補填材内部への骨新生をマクロCT（現有設備）と組織標本で評価する予定である。

Causes of Carryover

進捗状況の項目で記載した通り、テンプレートによる積層法について検討すべき実験結果が得られたため進捗が予定より遅れた。次年度は、これまでの薄膜法とともに正弦波曲線の重ね合わせによるテンプレートの開発に取り組み多孔体の溶解性の評価を行う。