2020 Fiscal Year Research-status Report
Next-generation self-hardening calcium phosphate cement containing the degradable polymer for a suitable bone substitute material
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20K05118
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
豊田 宏光 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 講師 (50514238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横川 善之 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (20358310)
折田 久美 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 博士研究員 (40748597)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 骨セメント / 骨補填材料 / リン酸カルシウム / アルギン酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、骨粗鬆症性椎体骨折に対する新規骨補填材料の開発とその有用性を検証することである。医工連携のもと、初期強度、骨親和性ともに優れた新規骨内補填材料を開発し、その有効性を検討した。この研究計画では、アルギン酸含有硬化液CPC及びアルギン酸非含有硬化液CPCを比較することにより、アルギン酸を含有する事によるCPCの生体親和性の特性変化を調べた。リタイアモデルの白色家兎大腿骨の遠位顆部に直径4㎜の骨孔を作成し、CPCを骨孔に留置し、6週で犠牲死させ、X線学的評価、組織学的評価を行った。アルギン酸含有CPCではX線学的には早期骨吸収像がみられ、組織学的にはCPCのみと同等以上の新生骨を骨孔内に認めた。そこで、アルギン酸含有量をそれぞれ0g,0.5g,1.0g,2.0gとした4種類のCPCを使用した同実験を行った。各群5匹作製し、埋入後3週でX線評価、6週でX線、CT、組織評価（HE染色、マッソントリクローム染色）を行った。マッソントリクローム染色の組織像から、イメージソフトを用いて新生骨量の測定、統計解析を行った。X線、CTではアルギン酸ナトリウム2.0gを含有した硬化液を用いた群で早期骨吸収像を認めた。アルギン酸ナトリウム2.0ｇを含有した硬化液を用いた群でコントロールと比較して統計学的に有意に新生骨の面積が大きかった（P=0.0131）。vitroでの実験では、同じ4種類のCPCを使用し、硬化液のｐH、CPCの初期硬化時間、圧縮強度を測定、比較した。また、それぞれのCPCを酢酸緩衝液に浸漬させ、走査型電子顕微鏡（SEM）を使用しCPC表面の多孔化を観察した。pH、初期硬化時間、圧縮強度全てにおいて、アルギン酸含有量が最も多いCPC3がコントロールであるCPC0と比較して統計学的有意に改善した（P<0.001）。SEM像ではアルギン酸含有CPCに多孔化を認めた。
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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
本研究ではアルギン酸含有硬化液を用いたリン酸カルシウムセメントを使用した実験を行っている。In vitroでは生体吸収性、生体親和性のあるアルギン酸を硬化液
に添加することでセメントがゲル状となり今までにない操作性を獲得した。アルギン酸を硬化液に添加することにより、ｐHの低下がおこり、それに伴い初期硬化時間の短縮、高分子量の添加、cross-linkingに伴う圧縮強度が増加する結果が得られた。SEM像ではCPCの多孔化が得られる事が確認できた。In vivoでは組織学的に白色家兎の骨欠損内の新生骨量がコントロールより有意に増加することが確認でき、アルギン酸含有CPCの生体親和性、早期骨置換作用を示す事ができた。以上のように順調に結果がでているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
アルギン酸含有量を増加させるほど、機械的、生物学的に有用な結果がでている。しかし、現行の技術ではアルギン酸の高度ゲル化がおこり、CPCの硬化液として使用できなくなるためアルギン酸の添加量の限界がある。今後、アルギン酸をより多く溶解させる方法の開発や、より低粘度で分子量が多く含まれるアルギン酸を調査、獲得し、同様の実験を継続する。
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| Causes of Carryover |
現時点でアルギン酸含有CPCの有用な結果がでているが、混入量に限界があり、引き続きアルギン酸含有CPCの組成や硬化液の成分を調整する事が必要なため。
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、アルギン酸含有CPCを作製するための資金とする予定である。
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