2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of bioactive-bioabsorbable bioceramics-based biomaterials for regeneration of periapical tissue
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20H03866
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| Research Institution | Kyushu Dental College |
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Principal Investigator |
北村 知昭 九州歯科大学, 歯学部, 教授 (50265005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鷲尾 絢子 九州歯科大学, 歯学部, 准教授 (10582786)
田畑 泰彦 京都大学, 医生物学研究所, 教授 (50211371)
池田 弘 九州歯科大学, 歯学部, 准教授 (80621599)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | バイオセラミックス / バイオアクティブガラス / ゼラチン・ハイドロゲル / 根尖歯周組織 / 再生療法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目標は，骨再生用スキャフォールドとして応用可能な新規生体材料を開発し根尖歯周組織等に生じた骨欠損部の再生療法を確立することにある．これまで申請者らはBioactive Glass（BG）配合生体材料の開発を進めており，その成果の一部はBG配合根管用シーラーとして臨床応用されている．本研究では，BG配合生体材料の開発をさらに発展させ，生体活性バイオセラミックスであるBGおよび生体吸収性バイオセラミックスであるβTCPから両者の特徴を併せ持つ粒子（BG-βTCP複合粒子）を作製し，成長因子徐放能を有するゼラチン・ハイドロゲルとBG-βTCP複合粒子を組み合わせたBG-βTCP複合粒子配合スキャフォールドを開発することを目的としている．
2021年度はBG-βTCP複合粒子を作製し性能検証を開始した．分担研究者・池田の独自技術を用い，BGとβTCP粒子粉末を所定の比率（1:1，2:8，8:2）で混合後，900度の焼結温度でBG-βTCP複合粒子を作製し，各複合粒子の抽出液と各種細胞（ヒトセメント芽細胞等）を用いて細胞毒性をBG単独と比較したところ，細胞毒性が他と比較して低いことが明らかになった．一方，XRD解析を行ったところ，900度の焼結温度ではケイ酸カルシウム系のセラミックスが検出されたことから，900度の焼結温度で作製したBG-βTCP複合粒子の少なくともBG表層はケイ酸カルシウム系セラミックスに変化していることが示唆された．
同時進行で，BG-βTCP複合粒子の作製自体で困難な問題点が生じる可能性を考慮して多孔質ケイ酸カルシウム粒子の作製を進めている．作製した多孔質ケイ酸カルシウム粒子についてはXRD解析，SEM-EDX観察などで多孔質形状を有していること，細胞毒性試験で毒性が低いことを明らかにした．
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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
現在実施しているのは，生体活性バイオセラミックスであるBioactive Glass（BG）および生体吸収性バイオセラミックスであるβTCPから両者の特徴を併せ持つ粒子（BG-βTCP複合粒子）の試作と性能検証である．試作では，分担研究者・池田の独自技術を用い，BGとβTCP粒子粉末を所定の比率（1:1，2:8，8:2）で混合後，900度の焼結温度でBG-βTCP複合粒子を作製し，各複合粒子の抽出液と各種細胞（ヒトセメント芽細胞等）を用いて細胞毒性をBG単独と比較した．その結果，作製した複合粒子は低い細胞毒性を示す一方で，複合粒子中のBG表層はケイ酸カルシウム系セラミックスに変化している可能性が示唆された．
2021年度末のCO2インキュベーターの故障・新規購入が当該機器生産の遅れによって2022年度初頭となったため，若干の時期的なずれが生じたが当初に予定していた進行度合はおおむね達成しているため，自己点検による評価としてはおおむね進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の今後の推進方策は以下の通りである．
2022年度は分担研究者・池田の独自技術を用いたBG-βTCP複合粒子作製時に３種類の焼結温度を用いて検証する．すなわち，BGとβTCP粒子粉末を所定の比率（1:1，2:8，8:2）で混合後，３種類の焼結温度（900度，600度，400度）でBG-βTCP複合粒子を作製し，各複合粒子のXRD解析による構造分析および各粒子抽出液と各種細胞（ヒトセメント芽細胞等）を用いて細胞毒性試験を行う．また，同時進行で作製している多孔質ケイ酸カルシウム粒子についてもXRD解析，SEM-EDX観察，ICP発光分析を行う．さらに，各粒子配合スキャフォールド（各粒子配合ゼラチンスポンジ）を研究分担者・田畑が開発した方法により作製する．概要としては，3wt.%ゲル（等電点5，分子量10万）水溶液を攪拌後，各粒子（10-50wt.%の各割合）を加えて攪拌し，凍結乾燥後に140度で一定時間熱脱水架橋処理することで複数の各粒子配合ゼラチンスポンジを作製する．その後，材料学的評価としてSEMによる形態観察と細孔径計測，圧縮強度測定，スポンジ分解性評価，XRDによるハイドロキシアパタイト結晶分析，吸光度測定によるFGF2徐放性分析を行う．本研究と同時進行でBG粒子を単独配合したゼラチンスポンジ作製とその生体親和性検証をin vitroおよびin vivo実験系で行っている．同様の実験手法にて各粒子配合ゼラチンスポンジを検証する．同時進行で，既存のバイオセラミックス配合セメントの機能向上を目的に，BG-βTCP複合粒子，BG組成を変更して溶出イオン量を改変した新規BG粒子，多孔質ケイ酸カルシウム粒子を配合したセメントを試作し，pH測定，構造分析，ハイドロキシアパタイト結晶分析により検証する．
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