Next-generation self-hardening calcium phosphate cement containing the degradable polymer for a suitable bone substitute material

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K05118
• Research Institution: Osaka Metropolitan University
• Principal Investigator: 豊田 宏光 大阪公立大学, 大学院医学研究科, 准教授 (50514238)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横川 善之 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 名誉教授 (20358310) ; 折田 久美 大阪公立大学, 大学院医学研究科, 博士研究員 (40748597)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 骨セメント / 骨補填材料 / リン酸カルシウム / アルギン酸 / キトサン

Outline of Annual Research Achievements

人工骨補填材料であるリン酸カルシウムセメント（calcium phosphate cement：以下CPC）は骨伝導能や生体親和性がある生体材料である。しかし、硬化時間が長く、崩壊性があり、強度が弱い事が欠点である。この問題点を解消するために、CPC作成時に分解性高分子を配合することに着想した。
数種類の生体分解性の高分子を配合した実験モデルを作成したが、最終的にCPCの高機能化をもたらしたのはアルギン酸を配合したモデルであった。以下、アルギン酸モデルの結果を示す。
アルギン酸含有量の異なる4種類のCPC（0, 0.5, 1.0, 2.0g）を作成し、硬化時間、圧縮強度、表面構造を検証した。また、白色家兎の大腿骨遠位外側に直径4mmの骨孔を作成し本材料を充填する実験を行った。X線、マイクロCT、組織評価（ヘマトキシリン・エオジン染色、マッソントリクローム染色）を用いて経時的評価を行った。
結果、アルギン酸を配合することで、硬化時間の短縮、圧縮強度の増加、多孔性の獲得を得ることができた。生体内では、アルギン酸2.0gを含有した群で対象群よりも早期に生体骨に置換することを確認した。また、アルギン酸2.0ｇを含有した硬化液群で対象群と比較して統計学的に有意に新生骨量が増加していた（P=0.015）。CPCは硬化後、一般的に高い密度の微細構造となるため、骨伝導能を有していても、破骨細胞等の細胞がセメント内に浸潤しにくく、周囲の生体骨に置換されにくい。CPCにアルギン酸を配合することで、充填時の緻密体から生体内で多孔化が進み、細胞浸潤に有利な環境がもたらされ、生体骨へ置換、骨再生が促進した可能性を示すことができた。本材料は骨欠損部の補填だけではなく、骨再生や再建に寄与することができると考える。