Applicational study of bone formation mechanism based on calcified cartilage

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K12807
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: KAWAAI Katsuhiro 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (00553653)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 骨芽細胞 / 石灰化 / インプラント / 細胞動態解析 / マイクロパターニング

Outline of Final Research Achievements

Based on the histological analysis of endochondral ossification, we found that calcified cartilage function as a superior scaffold for bone formation by osteoblasts. So, we performed screening of molecules enhance bone formation from components of calcified cartilage and applied to coating. We identified several candidate molecules and these coating on culture dish significantly enhanced in vitro bone formation by osteoblasts. In addition, we designed a surface micropattern inspired by characteristic structures of calcified cartilage. We also developed assay methods to evaluate the surface properties by using kinetics of osteoblast migration. The micropattern changed in vitro bone formation rate and cell migration speed of osteoblasts. From these examinations, we suggest that the combination of novel coating and surface micropatterns provide effective surface properties for implants to achieve high biological compatibility and secure engraftment.

Free Research Field

骨代謝学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高齢化社会の進行と治療技術の発展により、世界的にインプラント製品の需要が大幅に拡大している。インプラントは、長期間生体に埋入して使用されるため、高い生体親和性と、安定的な強度が求められる。特に、インプラント材料と骨組織の接合性が重要である。本研究は、生体内における内軟骨性骨化の組織学的解析から得られた知見を元にインプラント表面形状とコート剤という２つの特性を合わせることで、生体適合性の高いインプラント開発に、新たな可能性を示した。また、本研究で同定した骨芽細胞分化と骨形成を促す因子は新たな骨芽細胞による骨形成メカニズムの解明につながる可能性があり、学術的意義も大きい。