2020 Fiscal Year Research-status Report
Clinical application of non thermal atmospheric pressure plasma in bone regeneration
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19K03811
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
洲鎌 亮 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 講師 (00779457)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
豊田 宏光 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 講師 (50514238)
折田 久美 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 博士研究員 (40748597)
白藤 立 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10235757)
呉 準席 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90533779)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 低温大気圧プラズマ / 骨欠損 / 人工骨 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々が注目したのは骨折治療や骨再生医療における低温大気圧プラズマ技術の活用である。骨折部や骨欠損部に低温大気圧プラズマを直接照射することによって、骨癒合期間を短縮させることが可能なのか、短縮されるとすれば最適なプロトコールや照射設定はどのようになるのか、骨補填材料を用いた骨再生にどのような変化をもたらすのか等に関する基礎実験を行った。ニュージーランド白色家兎を全身麻酔下に使用し、尺骨骨幹部に1cmの骨欠損を作製した。骨欠損部への低温大気圧プラズマの照射の有無によって照射群と非照射群を作製し骨癒合について評価を行った。術後8週で屠殺し、μCTを撮影した。μCTのデータから解析ソフトを用いて新生骨の体積を測定し、プラズマ照射群と非照射群の新生骨量を比較した。統計学的に有意にプラズマ照射群の新生骨量が多かった事を示せている。また、プラズマ照射時間を5分、10分、15分と変えて新生骨量を比較したところ、10分照射した群が最も新生骨量が多かった。このことから、骨欠損部にプラズマ照射を行う事で骨癒合促進効果が得られること、至適照射時間が10分であることが示唆された。また、X線光電子分光法（XPS）を用いて、プラズマ処理による骨表面の分子構造の変化の有無を調査した。結果、Oの増加、Cの減少が確認され、これはプラズマ照射による酸化反応、O、OH基の増加があり浸水性の増加につながったと考えられた。親水性の増加から骨リモデリングに関係する細胞の侵入が増加したことが予想される。さらに、プラズマによる発生熱の検討のため、照射による骨表面温度の変化を評価した所、10分の照射で42度～43度に上昇し過去文献から骨細胞に有害なく、骨形成の促進効果が得られる適度な熱ストレスがかかった可能性が考えられる。
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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
当施設では以前よりラット、ウサギ、犬を用いた骨欠損・自家骨/人工骨移植モデルを作製し、成果を国際論文誌に報告してきている（Yoneda M et al: Biomaterials. 2005、Namikawa T et al: Spine 2005、Yano K et al: J Orthop Sci. 2012等）ことや、プラズマを専門とする大阪市立大学工学研究科の白藤、呉らと医工連携し、均一に人工骨及び自家骨に照射可能な低温大気プラズマ装置、並びに骨欠損部位に照射可能なハンディタイプの低温大気圧プラズマ装置を開発しており、本装置を用いることで、骨欠損部への安定的な照射、至適照射条件の探索が可能となっている事が順調な進歩に関連すると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、骨欠損部へのプラズマ照射による骨癒合促進効果を示すことができた。今後は骨欠損部にプラズマ照射することでおこる組織学的な変化の評価を行う予定としている。ラットを全身麻酔下にて使用し、大腿骨顆部に直径3mmの骨欠孔を作製。骨孔への低温大気圧プラズマの照射の有無によって照射群と非照射群を作製する。手術後1日、3日、7日、14日で骨孔部の組織について評価を行う。骨癒合の評価は&CT像と、脱灰標本及び非脱灰標本における組織学的評価を実施する。μCTによる評価は屠殺時に行う。組織学的にはH-E染色、Masson`s trichrome染色、TRAP染色、ALP染色、PCNA染色などを行い、破骨細胞および骨芽細胞の浸潤評価、細胞増殖能を画像解析ソフトにて行う予定である。
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| Causes of Carryover |
ラット骨欠損モデルにプラズマを照射し、骨癒合促進効果を見る実験へ進展するために必要。次年度使用できる額は引き続きの動物実験のための動物購入資金や、組織染色液、抗体の購入資金とする予定である。
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Research Products
(1 results)
