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

2021 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: 骨小腔ー骨細管ネットワーク / 骨結合促進効果 / チタンナノ表面改質技術

Outline of Annual Research Achievements

研究実績の概要
チタンインプラントのナノ表面改質が骨細胞の骨小腔―骨細管系ネットワークの構築に与える影響を評価した。ブタ腱由来酸抽出のI型コラーゲンゲル中に骨細胞株MLO-Y4を包埋し、チタン平滑面またはナノ表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、チタン平滑面上では、コラーゲンゲル中で細胞突起を伸ばすものの、ギャップジャンクションの発現を伴う細胞間相互連結は乏しかった。一方、ナノ表面上のコラーゲンゲル中の骨細胞は神経細胞様の細胞突起の伸展とともにギャップジャンクションの高発現を伴う細胞間相互連結が発達した。チタン表面上に付着した骨細胞は、平滑面上では多角形に伸展しただけであったが、ナノ表面上では著しい接着斑の形成と細胞突起の伸展を伴う成熟した骨細胞が観察された。以上の結果により、チタンナノ表面は骨細胞ネットワーク構築を促進することが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2021年度は、2020年度に確立した三次元骨細胞培養法と解析手法を基に、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し、チタンナノ表面による二次元的な骨細胞制御の影響が三次元的に波及し、骨細胞の三次元的ネットワークの構築を促進することが示された。加えて、2020年度に、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ている。そのため、荷重印可がチタンナノ表面により発達した骨細胞三次元的ネットワークに与える影響を検証することが可能となっており、おおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策
2020年度に確立した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、種々の荷重条件が、チタン表面性状により発達した骨細胞ネットワークの骨リモデリング活性へ与える影響を検証する予定である。

Causes of Carryover

2020年度にて、チタン基板上での骨細胞三次元培養方法および荷重培養条件が確立し、かつ2021年度にて、チタンナノ表面上が骨細胞の三次元ネットワーク構造形成に与える効果が効率的に検証できた。
そのため、2022年度では、荷重培養条件下でチタンナノ表面上で発達した骨細胞の三次元ネットワーク構造の生化学的試験を充実させる計画である。
ここで実験計画遂行の効率化のため、2021年度の予定計画の一部を2022年度に移行したため、次年度使用が生じた。