2019 Fiscal Year Annual Research Report
超立体微細パターン付与だけで歯根膜再生を可能とするインプラント周囲炎治療技術開発
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19H04461
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
赤坂 司 北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (00360917)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 敦郎 北海道大学, 歯学研究院, 教授 (20210627)
玉井 美保 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (20619704)
吉村 善隆 北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (30230816)
宮治 裕史 北海道大学, 大学病院, 講師 (50372256)
星 淡子 前橋工科大学, 工学部, 准教授 (50399812)
加我 公行 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 助教 (50824083)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノパターン / 血液細胞 / 破骨細胞 / 骨芽細胞 / アパタイトコート / コラーゲンコート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炎症や骨を溶かすインプラント周囲炎は早急に解決すべき問題であり、根本原因はインプラント周囲に正常歯根膜が再生されないためである。本申請では、独自開発したバイオ系（超立体）微細パターン作製技術を用い、①微細パターンと各種歯周組織細胞の網羅的評価による効果の法則化、②歯根膜構造をさらに効率的に再生する超立体階層化パターンの創製を目指す。
モールドの作製に関しては、基本形状としてピラー、グルーブ、ホールを直径100 nm～50μmスケールでナノインプリントしパターン化フィルムを作製した。また、疑似体液を用いたコーティング法によるアパタイトパターン作製を検討したところ、浸漬日数を調節することにより、培養に使用できる均一なパターンが得られた。
細胞培養に関しては、血液細胞を用いCOPおよびコラーゲンパターンに対して、血小板との相互作用を検討した結果、5～10μmのピラー構造にて、多くの血小板付着が観察された。これは構造により血液初期付着をコントロールできることを意味している。さらに血餅との接着を観察したところ、コラーゲンパターンにて強い血餅の接着が観察された。血餅がコラーゲンと融合したものと推測される。これはパターンの形やサイズだけでなく材質も強く影響していることを意味しており、生体界面に用いた場合に感染防止に繋がる重要な性質である。これらより、材質がパターンデザインに重要なパラメータであることが分かった。破骨細胞に関しては、アパタイトコートしたパターンを使用し、システマティックな凹凸に対する破骨細胞の吸収活性を検討した。その結果、各種凹凸に特徴的な吸収を観察できた。さらにピラー＞グルーブ＞ホールの順で高い吸収活性であることが分かった。これらのことは、骨置換材などの表面デザインや生体内での骨吸収メカニズムの解明へ役立つと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題の計画をおおまかに分けると、①微細パターンと各種歯周組織細胞の網羅的評価による効果の法則化、②歯根膜構造をさらに効率的に再生する超立体階層化パターンの創製である。本年度に主に使用した細胞の種類は、血液細胞と破骨細胞である。血液細胞とパターンの接着では、パターンのサイズおよび濡れ性、材質の関係に法則を見出している。破骨細胞との相互作用も、濡れ性やパターンのサイズ・種類にて法則性を見出している。骨芽細胞に関しても予備実験段階であるが、石灰化に関する法則性を見出しつつある。よって①の方は、問題なく順調に進行している。また、②のモールド作製での難易度の高い超立体階層化パターンの方は、作製法の検討からはじめており、使用するCADやフォトマスクの作製の目途がついた段階であり、少しずつではあるが着実に前進している。よって全体的に考慮すると、おおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題の計画をおおまかに分けると、①微細パターンと各種歯周組織細胞の網羅的評価による効果の法則化、②歯根膜構造をさらに効率的に再生する超立体階層化パターンの創製である。モールドの作製に関しては、現在の基準的なモールド作製の継続に加え、アパタイトやコラーゲンを含むパターンの作製をさらに改善させる。また、超立体階層化微細パターンの作製・提供は、パターン多様化のため専用CADによるデザインの設計、フォトマスクの作製、続いてのレジンへのエッチングなどの各種工程をそれぞれ検討して作製する。
細胞培養に関しては、インプラント周囲の骨形成に関係する骨芽細胞と間葉系幹細胞の培養を行う。骨系細胞としてはヒト株化細胞のSaos-2とマウス正常骨芽細胞で検討を行う。さらに骨芽細胞へ分化する能力を持つラット間葉系幹細胞でも培養検討を行う。必要であれば、ヒト歯根膜線維芽細胞も使用する。培養には各種のマイクロ・ナノパターンを用い、一部、プラズマ処理、コラーゲン処理、アパタイト処理を検討する。細胞培養では、接着試験・増殖試験・石灰化分化試験を行う。その際、断面観察や接着斑および細胞移動なども検討し、機構解明へ繋げる。
動物実験に関しては、現在、準備中であるが、体内各所に埋入するのに適したパターンの硬さや大きさをまず検討する。そして、上記細胞培養検討にて、十分な検討を行った後、最適なパターンを動物へ埋入する予定である。
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Research Products
(7 results)
