2022 Fiscal Year Annual Research Report
炭酸カルシウムのリン酸液処理による複合無機粒子の作製と骨形成刺激効果の創出
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20H00304
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
春日 敏宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30233729)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小幡 亜希子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40402656)
平田 仁 名古屋大学, 医学系研究科, 特任教授 (80173243)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 複合無機粒子 / 炭酸カルシウム / 非晶質相 / ガラス / リン酸処理 / 骨形成 / 綿形状人工骨 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、①B, Srイオンを混在させたリン酸カルシウム複合無機粒子の作製法の確立、②無機粒子と生分解性ポリマーとの複合繊維化、③骨形成性の評価を進めた。
① Srを導入した炭酸カルシウムをリン酸液で処理して水酸アパタイト化させた粒子をトリス緩衝溶液に浸漬したとき、初期にCa、Srイオンがある程度溶出した後にそれらの溶出が止まった。 生成した表面のアパタイト層からの積極的なイオン溶出は見込めないといえる。 リン酸液処理時のpHを弱酸性にすると、非晶質リン酸カルシウム（ACP）がアラゴナイトの形状を維持したまま、その表面に生成することがわかった。 高いイオン溶出能が期待されるので、次年度継続して検討する。 またホウ酸エステルを利用してBを含有する炭酸カルシウムを合成したが、ホウ酸のみがバースト溶解してカルシウムの溶出は進まなかった。 主相がカルサイトであることが影響していると思われた。 そこで、リン酸三カルシウムをメカノケミカル処理してアモルファス化する方法に着目し、その際にB2O3を混在させることでBを含有するリン酸カルシウム粒子を作製する方法を開拓した。 ホウ素のバースト溶出は避けられないものの、Ca、リン酸イオンは徐放され、トリス緩衝液中でアパタイト生成することがわかった。
② 無機粒子をポリ乳酸-グリコール酸共重合体に分散させた複合体を湿式で繊維化する新製法を開拓した。 貧溶媒に用いるエタノールと水を分離させた相を通過させることで、繊維径を調整できることや、条件によっては偏平な断面形状に成形することも可能であることが明らかになった。
③ ②で作製した繊維を綿形状にまとめ、SDラット脛骨近位関節面から30 mm遠位内側に3mmφ深さ3mmの骨孔に充填した。 CT撮影から術後８週程度でほぼ骨に置換されている様子であった。 次年度は病理学的に考察する。
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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
① Bを混在させる方法については苦戦したが、メカノケミカル法により簡単に多量のBを導入できるようになった。 また、Srについては、Sr置換固溶させたアラゴナイト結晶をリン酸液処理でアパタイト生成させることに加え、弱酸性側でpH調整するとACP相を生成させることも確かめられた。 イオン徐放性を狙うためにはアモルファス相が有効と考えられる。 さらに詳細な処理条件を検討してイオン溶出性を制御する必要があるものの、要点はほぼ把握できた。 したがって、①についてはおおむね順調に進展している、と判断した。
② β型リン酸三カルシウム（TCP）粒子とD体を含むポリ乳酸グルコール酸共重合体（PDLLGA）との複合体を長繊維化する方法を開拓した。 細胞の接着や増殖に有利な形状として、断面が扁平状の幅100～200μmの繊維を作製できた。 とくに貧溶媒の選択と紡糸速度は極めて重要なポイントであり、特許仮出願を終え、さらに本出願を準備中である。 順調に進展していると判断した。
③ 動物実験について、機関の審査承認を得て実施した。 CTによる継続的観察までは進められ、興味深い結果が得られつつあるが、病理組織観察までには至っておらず、やや遅れている状況である。
以上の①②③を総合して、本研究は概ね順調に進展していると判断するものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
1． 炭酸-リン酸カルシウム複合無機粒子の合成：
代表者の春日は、炭酸カルシウムをリン酸液で処理して複合粒子とする方法について、作製条件の違いによる機能の変化と実用面から考察した可能性について検討する。 表面付近に生成するリン酸カルシウム相を水酸アパタイト（HA）とするか非晶質リン酸カルシウム（ACP）とするかを選択できるところまで明らかにしたが、双方の可能性の調査まで至らなかったため、引き続き本年度継続する。 複合無機粒子の合成方法、およびＢ,Srイオンの免疫細胞への影響について、結果を整理して論文化する。
２． 複合無機粒子の新製法の可能性調査および生分解性ポリマーとの複合化：
新たな合成法としてメカノケミカル法により様々なイオンを導入できる可能性を見いだした。 これを発展させるべく処理条件を詰め、本研究で結実した成果としてまとめる。 また、昨年度開発した湿式紡糸法により、この処理により得られる複合無機粒子をポリ乳酸-グリコール酸共重合体に分散させた複合体を扁平繊維状に成形し、イオン溶出挙動を調査する。 さらに、分担者の小幡は、この繊維を用いて細胞培養試験からみた生体親和性を評価する検討を継続する。 昨年度計画よりの遅れを鑑み、比較試料を絞り込んで実施する。
３． 骨形成性の評価：
分担者の平田は、得られたファイバーの生体親和性を評価するため、小動物を用いた実験を行う。 昨年度は実際に埋め込むところまで進めたが、本年度は組織標本を作製して病理学的に骨形成状態を探り、本研究の成果をまとめる。
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| Remarks |
当研究グループでは、素材特性のデザインと材料形状のデザインの両面から、バイオマテリルの高性能化をめざした研究開発を進めています。
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