Bone substitute material with high osteoconductivity and elasticity

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03121
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Suzuki Osamu 東北大学, 歯学研究科, 教授 (60374948)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 濱井 瞭 東北大学, 歯学研究科, 助教 (00824004) ; 森 優 東北大学, 大学病院, 講師 (70634541) ; 塩飽 由香利 東北大学, 歯学研究科, 大学院非常勤講師 (80736190)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 骨再生 / 骨補填材 / 骨伝導 / 力学的性質

Outline of Final Research Achievements

The present study suggested that octacalcium phosphate (OCP) enhances accumulation of mesenchymal stem cells (MSCs), osteoblast and osteocyte differentiations; 2)matrix material gelatin (Gel) produces degradation products upon dissolution, which stimulates angiogenesis; 3) a composite OCP/Gel showed that cortical bone can be regenerated by its implanting into a transcortical bone defect in rat long bone, and 4) that co-precipitation of Gel molecules and OCP promotes new bone formation by introducing lattice defects in OCP. These results suggest that the combined use of OCP and Gel may lead to the establishment of a material design guideline for bone substitute materials used under the load environments.

Free Research Field

生体材料学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

リン酸カルシウム材料の中で，OCPは骨伝導を示す材料であるが，課題として焼成プロセスによる単一結晶相の成形は困難であること，そのため生体由来高分子と複合化して賦形性，機械的性質を向上させる必要があることがあげられる．本研究では，OCP自体が示す間葉系幹細胞についての細胞活性化能，基質材料となるGelとの複合化を想定し，Gel自体の血管新生能，OCPとgelatin分子の共沈殿による結晶性状への影響，OCP/Gelの長管骨骨欠損の皮質骨再生能を明らかにした．本研究の結果は，OCPとGelとの併用が荷重下環境となる長管骨での骨再生に使い得る新たな骨補填材の設計指針の確立につながることが示唆された．