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

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05118
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022); Osaka City University (2020-2021)
• Principal Investigator: Toyoda Hiromitsu 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 Final Research Achievements

This study investigated whether mixing low viscosity alginic acid with calcium phosphate cement (CPC) causes interconnected porosity in the CPC and enhances bone replacement by improving the biological interactions. Furthermore, we hypothesized that low viscosity alginic acid would shorten the setting time of CPC and improve its strength. CPC samples were prepared with 0, 5, 10, and 20% low viscosity alginic acid. In vivo study was conducted by placing CPC in a hole created on the femur of New Zealand white rabbit. Micro-computed tomography and histological examination were performed 6 weeks after implantation. When incorporating a maximum amount of alginic acid, the new bone mass was significantly higher than the control group (P = 0.0153). These biological responses are promising for the translation of these biomaterials and their commercialization for clinic applications.

Free Research Field

整形外科

Academic Significance and Societal Importance of the 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。
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。