骨小腔－骨細管系ネットワークの制御を基盤とした即時負荷インプラントの開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K10067
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 石橋 実 東北大学, 歯学研究科, 非常勤講師 (40231138)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 将博 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (90549982) ; 江草 宏 東北大学, 歯学研究科, 教授 (30379078)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 骨小腔―骨細管系ネットワーク / 骨結合促進効果 / チタンナノ表面改質技術

Outline of Annual Research Achievements

チタンインプラント表面性状が骨細胞の骨小腔―骨細管系ネットワーク構築に与える影響を評価するために、骨細胞株MLO-Y4を用いて、チタン上での三次元培養法ならびに解析手法を確立した。ブタ腱由来酸抽出のI型コラーゲンゲル中に細胞を包埋し、チタン平滑面ディスク上で培養した。培養7日後に、共焦点レーザー顕微鏡観察およびRT-PCR解析を行った。その結果、コラーゲンゲル中の細胞は、細胞突起やギャップジャンクション関連遺伝子の発現とともに、互いに連結する可能性が示された。また、チタンディスク上においても接着した生存細胞が観察された。以上の結果により、チタンディスク上でコラーゲンゲルを用いた三次元骨細胞培養を行うことにより、チタン表面改質処理が骨細胞ネットワーク構築に与える影響を検証可能であることが示唆された。
さらに、骨組織中に加わる荷重がチタンインプラント周囲骨組織中の骨細胞ネットワークに与える影響を培養試験で模倣するために、荷重下でのチタン上での骨細胞三次元培養法の検討を行った。I型コラーゲンゲル中に骨細胞株を包埋し、チタン平滑面ディスク上で培養する際に、ゲル上に錘を設置することで静止荷重を印可した。RT-PCR解析を行うことにより、適正な印可時間と錘の重量を検討した。その結果、コラーゲンゲル中の骨細胞のギャップジャンクション関連遺伝子の発現が最も亢進する印可時間と錘の重量を決定した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2020年度は、チタンインプラント周囲組織中の骨細胞の骨小腔―骨細管系ネットワーク構築を検証可能な三次元骨細胞培養法と解析手法を確立した。さらに、骨組織中へのメカニカルストレスを模した培養系での荷重条件を決定した。そのため、インプラント即時荷重環境下で、チタン表面性状が骨細胞ネットワーク形成に与える影響を解析する方法論が確立したと言えるため、おおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今年度で確立した骨細胞三次元培養法および静止荷重印可プロトコールを基に、種々のチタン表面性状をもつチタンディスク上で培養試験を行うことにより、チタン表面性状がインプラント周囲骨組織の骨細胞ネットワーク形成に与える影響を検証する。また、荷重下で同様の培養試験を行うことにより、骨組織に加わる荷重とインプラント表面性状が骨細胞ネットワーク形成に与える相乗効果を検証する。さらに、骨細胞ネットワーク形成の違いが、骨リモデリング活性へ与える影響も検証する予定である。

Causes of Carryover

メーカーとの交渉により、ポリチューブ、チューブカッター等を当初見積より安価に購入できたため。