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2009 Fiscal Year Annual Research Report

異方性の材料科学に基づく骨配向化誘導

Research Project

Project/Area Number 21676006
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

中野 貴由  Osaka University, 工学研究科, 教授 (30243182)

Keywords細胞配向化 / 骨系細胞 / 表面形状制御 / 材料工学的手法 / FEM / ゼブラメタル / すべり線 / 異方性の材料科学
Research Abstract

本研究は、骨配向化制御という全く未知の部分に対し、材料工学的なアプローチがどこまで通用するかという挑戦的な研究であり、材料工学的手法を念頭におきつつ研究課題を解決することを目的とする。配向性の重要性を見出した微小領域X線回折法やナノインデンテーション法等の材料工学的手段を相補的に活用し、最終的には、骨関連分野における「異方性の材料科学」の重要性を示す新たな研究領域や方法論を生み出す。そのために、「骨配向化誘導」をキーワードに、(A)新規足場材料開発、(B)材料工学的手法適用、の大分類に分割し研究を推進している。初年度は、骨系細胞を人為的に制御し、骨配向化を促すための新規足場材料の開発として、形状設計として、異方性孔・溝導入による骨芽細胞遊走方向制御・骨配向化組織誘導を達成するとともに、応力分布に対するオステオサイトを通じての配向化現象をシーズとし、FEM解析とCADによる表面溝の導入方向を最適化した股関節インプラントの設計を行なった。さらに、応力遮蔽効果を考慮した弾性率の異なるTiならびにテフロンを用いて、骨軸依存性を持つ表面溝導入インプラントを作製し、ウサギに埋入した。一方、マウスでのコントロールとしての骨欠損再生実験では、一定以下の円柱状欠損では配向性の回復が図られず、骨配向化制御に対する、応力感受の閾値の存在が示唆された。
さらに、材質制御としてはゼブラ型バイオメタル(ゼブラメタル)による骨系細胞誘導と配列化を試み、特に異なる生体親和性を持つ傾斜組成、積層構造を持つ金属担体から、拡散対法を用いた金属接合によるゼブラメタルの作製を行い、Ti/Agゼブラメタルの作製に成功した。その他、単結晶の柱面すべり線導入法による人工的な表面配向化起伏の形成と段差分布解析を行い、細胞配向化への道筋を明確化した。

  • Research Products

    (32 results)

All 2010 2009 Other

All Journal Article (26 results) (of which Peer Reviewed: 22 results) Presentation (1 results) Book (3 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Orientation of biological apatite in rat calvaria analyzed by microbeam X-ray diffractometer2010

    • Author(s)
      T.Ishimoto, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Transactions Vols.638-642

      Pages: 576-581

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bone regeneration based on orientation of biological apatite (BAp) c-axis in osteopetrotic (op/op) mice2010

    • Author(s)
      J.-W.Lee, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Transactions Vols.638-642

      Pages: 588-593

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stress simulation and related bone ingrowth in grooves on implant Surface2010

    • Author(s)
      Y.Noyama, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Science Forum Vols.638-642

      Pages: 664-669

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of Beta-Ti-Type Ti-Nb-Ta-Zr (TNTZ) Wire with High-Ductility by Arc-Melt-Type Melt-Extraction Method2010

    • Author(s)
      T.Nagase, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Transactions Vol.51

      Pages: 377-380

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of Ti-based and Zr-based bio-metallic wires by arc-melting type melt-extraction method2010

    • Author(s)
      T.Nagase, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Science Forum Vols.638-642

      Pages: 2127-2132

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improvement of aligned lamellar structure by Cr-addition to NbSi_2/MoSi_2 duplex-silicide crystals2010

    • Author(s)
      K.Hagihara, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Scripta Materialia Vol.62

      Pages: 613-616

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of biological apatite orientation in rat mandibles2010

    • Author(s)
      N.Nagisa, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Oral Science International (in press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation and control of crystallographic alignment of biological apatite crystallites in bones2010

    • Author(s)
      T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Science Forum (in press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Adaptation of BAp crystal orientation to stress distribution in rat mandible during bone growth2009

    • Author(s)
      T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Journal of Physics, Conference Series Vol.165

      Pages: 012084

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The optimal design of implant for improving bone quality in the implant surroundings based on stress analysis2009

    • Author(s)
      Y.Noyama, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Journal of Physics, Conference Series Vol.165

      Pages: 012088

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Changes in Bone Microstructure and Toughness during Healing Process of Long Bone2009

    • Author(s)
      T.Ishimoto, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Journal of Physics, Conference Series Vol.165

      Pages: 012085

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Crystal Growth and Plastic Deformation Behaviour of a Ti-15Mo-5Zr-3A1 Alloy for Biomedical Application2009

    • Author(s)
      S.-H.Lee, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Journal of Physics, Conference Series Vol.165

      Pages: 012086

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preferential Orientation of Biological Apatite in Normal and Osteoporotic Human Vertebral Trabeculae2009

    • Author(s)
      S.Miyabe, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Journal of Physics, Conference Series Vol.165

      Pages: 012087

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of Ti-Zr Binary Metallic Wire by Arc-Melt Type Melt-Extraction Method2009

    • Author(s)
      T.Nagase, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Transactions Vol.50

      Pages: 872-878

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proliferation and osteogenic differentiation of rat bone-marrow stromal cells onbio-apatite with different crystalline facets2009

    • Author(s)
      N.Ichinose, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Materials Research : Part A (DOI : 10.1002/Jbm.a.32569)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The combination therapy with alfacalcidol and risedronate improves the mechanical property in lumbar spine by affecting the material properties in an ovariectomized rat model of osteoporosis2009

    • Author(s)
      A.Shiraishi, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      BMC Musculoskeletal Disorders Vol.10

      Pages: #66

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chemical-hydrothermal synthesis of bioinert Zr02-TiO2 films on pure ?Ti substrates and proliferation of osteoblast-like cells2009

    • Author(s)
      M.Ueda, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Transaction Vol.50

      Pages: 2147-2153

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 透過型X線回折法による生体アパタイト結晶配向性の新評価2009

    • Author(s)
      李志旭、中野貴由, 他
    • Journal Title

      日本金属学会誌 Vol.73

      Pages: 2709-2715

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oxygen distribution in titanium single crystal fabricated by optical floating-zone method under extremely low oxygen partial pressure2009

    • Author(s)
      K.Hagihara, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Materials Transactions Vol.50

      Pages: 2709-2715

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis and formation mechanism of biological apatite (BAp) orientation in a growing rat skull model2009

    • Author(s)
      T.Sakamoto, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Proceedings of PFAM18 (Processing and fabrication of Advanced Materials)

      Pages: 1365-1372

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anisotropic Biological Apatite Orientation as a Bone Quality Parameterin Bone2009

    • Author(s)
      T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Proceedings of PFAM18 (Processing and fabrication of Advanced Materials)

      Pages: 1175-1184

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Controlling factors on the fatigue behaviour of Ti-Nb-Ta-Zr alloys single crystals2009

    • Author(s)
      K.Hagihara, T.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Proceedings of PFAM18 (Processing and fabrication of Advanced Materials)

      Pages: 1023-1030

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 生体アパタイト配向性による骨質評価2009

    • Author(s)
      中野貴由, 他
    • Journal Title

      臨床整形外科 Vol.44

      Pages: 566-572

  • [Journal Article] ミネラルの質を規定するアパタイトの配向性と骨コラーゲン2009

    • Author(s)
      中野貴由, 他
    • Journal Title

      腎と骨代謝 Vol.22

      Pages: 215-224

  • [Journal Article] 微小領域X線回折法を用いたアパタイト配向性に基づく骨の質的評価とその応用2009

    • Author(s)
      中野貴由, 他
    • Journal Title

      日本機械学会材料力学部門ニュースレター No.33

      Pages: 8-9

  • [Journal Article]2009

    • Author(s)
      中野貴由(共著)
    • Journal Title

      ますます重要になる細胞周辺環境(細胞ニッチ)の最新科学技術-細胞の存在、増殖、機能のコントロールから再生医療まで- 田畑泰彦編((株)メディカル ドゥ)

      Pages: 179-184

  • [Presentation] 骨力学機能を支配する微細構造の異方性 (基調講演)2009

    • Author(s)
      中野貴由
    • Organizer
      第145回日本金属学会秋期大会
    • Place of Presentation
      京都大学吉田キャンパス(京都市)
    • Year and Date
      2009-09-16
  • [Book] 臨床医工学・情報学スキルアップ講座2010

    • Author(s)
      中野貴由(共著)
    • Publisher
      大阪大学出版社(in press 3月中に発行)
  • [Book] Metals for biomedical devices, Part II, edited by M. Niinomi2010

    • Author(s)
      T.Nakano (collecting written)
    • Publisher
      Woodhead Publishing Limited, Oxford(in press 3月中に発行)
  • [Book] 医療用金属材料概論 塙隆夫編2010

    • Author(s)
      中野貴由(共著)
    • Publisher
      (社)日本金属学会(in press 3月中に発行)
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/msp6/MSP6-HomeJ.htm

  • [Patent(Industrial Property Rights)] インプラント部材用Co-Cr系合金単結晶とその製造方法およびインプラント部材2010

    • Inventor(s)
      中野貴由
    • Industrial Property Rights Holder
      中野貴由, 萩原幸司, 佐々木啓太
    • Industrial Property Number
      特願2010-026753
    • Filing Date
      2010-02-09

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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