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

2019 Fiscal Year Research-status Report

• 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: 吸収性 / ハイドロゲル / 徐放性 / 骨置換型人工骨

Outline of Annual Research Achievements

令和元年度は，前年度に引き続き，リン酸カルシウム（Cp）系バイオマテリアルとBone Morphogenetic protein（BMP）との複合化，および，Cp系バイオマテリアルとコラーゲンとを複合化した骨置換型人工骨の創製を行った．Cp系バイオマテリアルとしては，炭酸アパタイトとハイドロキシアパタイトを用いた．
Cp系バイオマテリアルとBMP-2との複合化：Cp系バイオマテリアルにBMP-2溶液を滴下含浸させた後に凍結乾燥させてCp-BMP複合体を作製した．顆粒径は100-300，300-600，600-1000 マイクロメートルの３種類とし，BMP-2濃度は5, 50 マイクログラム/mlとして複合体を作製した．
Cp系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）溶液を冷却しながら混和した後，チューブに充填して凍結乾燥し，円柱状のCp-Col複合体を作製した．顆粒径は100-300，300-600，600-1000 マイクロメートルの３種類とし，Col濃度は1，２，3%として複合体を作製した．また，CpとColの重量比を50，65，80 wt%として複合体を作製した．さらに，作製したCp-Col複合体を熱架橋を施し，その影響について検討した．
ハイドロゲルマイクロ粒子とCp系バイオマテリアルとの複合化：Cp系バイオマテリアルにハイドロゲルマイクロ粒子を滴下含浸させた後に凍結乾燥させて，複合体を作製した．また，Cp-Col複合体にハイドロゲルマイクロ粒子を滴下含浸させた後に凍結乾燥させて，複合体を作製した．

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Cp系バイオマテリアルとを複合化し，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．Cp系バイオマテリアルとしては，炭酸アパタイトとハイドロキシアパタイトを用いた．Cp系バイオマテリアルとBMP-2との複合化は，おおむね順調に進んでいる．BMP-2濃度は5, 50 マイクログラム/mlとし，顆粒径は100-300，300-600，600-1000 マイクロメートルの３種類として複合体を作製した．ラット背部皮下への複合体移植実験の結果から，異所性の骨形成には50 マイクログラム/mlのBMP-2が必要であった．Cp系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化も，おおむね順調に進んでいる．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，複合体作製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．
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はできていない．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Cp系バイオマテリアルとの複合化ができていない．

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．
Cp系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化，およびCp系バイオマテリアルとBMPとの複合化は，おおむね順調に進んでいる．異所性の骨形成にはBMP-2は50 マイクログラム/mlが必要であったが，骨移植に用いる場合にどれくらいの濃度のBMP-2が必要かを動物への移植実験で検討する必要がある．また，BMP-2以外のFGFやSDF-1といった成長因子との複合化ができていないので，その複合化について進めていく．さらに，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，条件の検討が必要である．

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．
Cp系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化，およびCp系バイオマテリアルとBMPとの複合化は，おおむね順調に進んでいる．ただ，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はできていない．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Cp系バイオマテリアルとの複合化ができていない．そのため，動物での移植実験が行えなかったため，令和２年度に繰り越されることになった．
令和２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．