2018 Fiscal Year Research-status Report

ハイドロゲルと生体吸収性セラミックスを用いた多剤徐放が可能な骨置換型人工骨の開発

Research Project

Project/Area Number	18K09759
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	永井宏和東北大学, 歯学研究科, 准教授 (50282190)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	生体吸収性 / ハイドロゲル / 多剤徐放 / 骨置換型人工骨
Outline of Annual Research Achievements	平成30年度は，生体吸収性バイオマテリアルとBone Morphogenetic protein（BMP）との複合化，および，生体吸収性バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化による骨置換型人工骨の創製を行い，これらの複合体の移植実験を行った．生体吸収性バイオマテリアルとBMP-2との複合化：リン酸カルシウム（Cp）系バイオマテリアルにBMP-2溶液を滴下含浸させて吸着させ，凍結乾燥させたCp-BMP複合体を作製した．BMP-2濃度は5, 50 マイクログラム/mlとし，顆粒径は300－600，600－1000 マイクロメートルの２種類として複合体を作製した．それぞれ作製したCp-BMP複合体をX線回折（XRD）およびフーリエ変換赤外分光分析（FT-IR）で解析した． Cp-BMP複合体のラット背部皮下への移植：異所性骨形成の評価を目的に，作製したCp-BMP複合体をラット背部皮下へ移植した．生体吸収性バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化による骨置換型人工骨の創製：Cp系バイオマテリアルとコラーゲン（Col）溶液を混和し，チューブに充填した後，凍結乾燥し，円柱状のCp-Col複合体を作製した．Col濃度は1，２，3%とし，顆粒径は300－600，600－1000 マイクロメートルの２種類として複合体を作製した．また，CpとColの重量比は50，65，80 wt%とした．さらに，作製したCp-Col複合体に熱架橋を行って安定化させた．それぞれ作製したCp-Col複合体をX線回折（XRD）およびフーリエ変換赤外分光分析（FT-IR）で解析した． Cp-Col複合体のウサギ頭蓋骨への移植：作製したCp-Col複合体をウサギ頭蓋骨に，径７mmの骨欠損を作成し，移植した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究では，ハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとを複合化し，さらにこの複合体にFGFやBMP，SDF-1といった異なる成長因子を吸着させることで，多剤徐放性の骨置換型人工骨を創製する予定である．リン酸カルシウム（Cp）系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化は，おおむね順調に進んでいる．複合体作製において，コラーゲンの濃度，Cpの顆粒径，Cpとコラーゲンの重量比についての至適条件を検討した結果，Col濃度は3%，CpとColの重量比は50 wt%，65 wt%が適していると考えられた．また，コラーゲンの熱架橋の影響についても検討を行ったが，熱架橋により，複合体の操作性が改善した．CpとBone Morphogenetic protein (BMP)との複合化も，おおむね順調に進んでいる．CpにBMP-2溶液を滴下含浸させて吸着させ，凍結乾燥させたCp-BMP複合体を作製した．BMP-2濃度は5, 50 マイクログラム/mlとし，顆粒径は300－600，600－1000 マイクロメートルの２種類として複合体を作製した．これら複合体の動物への移植実験を行ったが，その評価はまだできていない．今のところ，Cp系バイオマテリアルと複合化できている成長因子はBMP-2だけであり，その他のFGFやSDF-1といった成長因子との複合化ができていない．また，多剤徐放を目的としたハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとの複合化もできていない．
Strategy for Future Research Activity	本研究では，ハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとを複合化し，さらにこの複合体にFGFやBMP，SDF-1といった異なる成長因子を吸着させることで，多剤徐放性の骨置換型人工骨を創製する予定である．リン酸カルシウム（Cp）系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化は，おおむね順調に進んでいる．CpとBMPとの複合化も，おおむね順調に進んでいる．ラット背部皮下へのCp-BMP複合体移植実験，および，ウサギ頭蓋骨へのCp-Col複合体移植実験の評価ができていないので，マイクロCTによる評価，および組織学的評価を行っていく．今のところ，Cp系バイオマテリアルと複合化できている成長因子はBMP-2だけであり，その他のFGFやSDF-1といった成長因子との複合化ができていない．これらの成長因子との複合化を行う．また，多剤徐放を目的としたハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとの複合化ができていないので，至適条件の検討を行う．
Causes of Carryover	本研究では，ハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとを複合化し，さらにこの複合体にFGFやBMP，SDF-1といった異なる成長因子を吸着させることで，多剤徐放性の骨置換型人工骨を創製する予定である．リン酸カルシウム（Cp）系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化は，おおむね順調に進んでいる．CpとBMPとの複合化も，おおむね順調に進んでいる．しかし，ハイドロゲルマイクロ粒子との複合化，あるいはBMP以外の成長因子との複合化ができていないため，研究がやや遅れている．また，組織学的評価を含めた動物実験が十分に行えなかったため，その費用が平成31年度に繰り越されることになった． (使用計画) 平成31年度に繰り越された費用は，複合体の動物への埋植実験の組織学的な評価，ハイドロゲルマイクロ粒子との複合化に使用する予定である.