2020 Fiscal Year Research-status Report
超高密度度表面電荷の付与によるポーラスβ-TCPの骨形成能の制御
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20K09990
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
山下 仁大 東京医科歯科大学, 歯学部, 非常勤講師 (70174670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野崎 浩佑 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (00507767)
橋本 和明 千葉工業大学, 工学部, 教授 (90255159)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 表面電荷 / β-TCP / 骨補填材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非吸収性のハイドロキシアパタイト(HA)に対してβ-リン酸三カルシウム(β-TCP) は生体内で自家骨に置換される利点を持つため歯科のみならず整形外科においても人工骨として広く用いられている．しかしながら臨床応用されているβ-TCP は吸収速度が速く生体内で骨置換の前に力学強度が低下する欠点をもつ．本研究では電気分極処理による超高密度表面電荷をβ-TCPに誘起することにより，β-TCPの優れた骨伝導能を保持しながら過度の吸収性を抑制し自家骨への置換速度を制御し，同時に自己組織化(骨形成)を促進し，緩やかな生体吸収を有するβ-TCP骨充填材料の開発を目指す．表面電荷の誘起にはセラミックス内部での双極子モーメントの制御が必須であるが，β-TCPにおける双極子モーメント形成のメカニズムは明らかとなっていない．そのため，本研究では，β-TCPの構造を精密に計測し，その双極子モーメントの局在を評価する．また，β-TCPはその構造中にCaイオン欠損が存在することが明らかとなっているが，欠損部位に様々な金属イオンを固溶することにより，欠損量を制御することが可能である．我々は，ナトリウムイオンを欠損部位に固溶し，XRD計測ならびにリートベルト解析によりナトリウムイオン固溶量の増加に伴い，Ca欠損が減少することを明らかとした．このことは，超高電荷密度を有するβ-TCPを作製するための材料設計の指針となることが示唆される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
カルシウム欠損量を制御する為に， Naイオン固溶量の異なるNaイオン固溶β -TCP（Na-β-TCP）を固相反応法により合成した．また，Naイオン仕込み量を0～9.09mol%で調整した．得られた粉体を一軸加圧成形し，昇温速度3℃C/minで1100℃，12時間で焼結した．その後，Naイオン仕込み量の異なるNa-β-TCP焼結体の結晶構造の同定（XRD），化学組成（FT-IR），Naイオン固溶量の算出（ICP）を行った．また，結晶構造の解析として，得られた回折線と計算回折線を，PDXL2を用いてリートベルド解析を行った．作製したいずれの試料もβ -TCP結晶構造に帰属するICDDの回折パターンと一致するピークが認められ，FT-IRの結果より，リン酸イオンに帰属するピークが観察されたことからβ-TCP単相が合成された．ICPの結果より，Naイオンの固溶量は0.00～7.64mol%であった．結晶構造の精密化の結果，NaイオンがM4サイトに固溶していた．
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| Strategy for Future Research Activity |
β -TCPのバルク体を電気分極処理すると負に帯電したN面と正に帯電したP面を生ずる。これらの面における骨芽細胞や破骨細胞の活性と骨形成に及ぼす影響を評価する。評価には，マウス頭蓋骨由来MC3T3-E1細胞およびマウスマクロファージ由来RAW264.7細胞を使用し，一定期間試料上で細胞培養を行う．それぞれ細胞増殖能の評価と，骨芽細胞分化能，石灰化能，骨吸収能を評価する．生体吸収性にはβ-TCPの化学的溶解性が強く相関すると考えられる。また骨形成モデルとしてリン酸およびCa2+イオンを含む溶液におけるアパタイトの析出を用いられる。これらを勘案し、ハンクス液中における溶出及び析出挙動に対する表面電荷の効果を解析する。 実験動物には、骨補填材の評価として用いられているWistarラットを使用する。Struillouらの動物実験に関わる報告を参考に（Struillou et al., Open Dent J, 2010）、歯槽骨欠損モデルを作製し、作製した試料を充填する。また，大腿骨内側上顆に骨欠損を作製し，試料を充填する．埋入一定期間ごとに、マイクロCTによる骨形成評価と、樹脂標本による組織学的評価を行う。
形状の異なる超高密度表面電荷を誘起したβ-TCPを生体内に移植し、バルク体における骨結合、中心部の孔内骨増生、ナノ粒子間における新生骨形成の促進が生じることを検証する。これが成功すれば、これまで類を見ない、自家骨へ早期に置換される、自己組織化促進型人工骨が開発される。
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| Causes of Carryover |
本年度は，新型コロナ感染症の拡大に伴い，当初計画していた生体安全性評価や動物実験の進捗が遅れたため，次年度使用額が生じた．本内容は次年度に行うこととする．
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Research Products
(1 results)
