2013 Fiscal Year Annual Research Report
機能分子・生体分子電着による金属の汎用的生体機能化
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22240059
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
塙 隆夫 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (90142736)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堤 祐介 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (60447498)
土居 壽 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (30251549)
蘆田 茉希 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (50708386)
陳 鵬 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (70708388)
野村 直之 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90332519)
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| Project Period (FY) |
2010-05-31 – 2015-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / 生体材料学 / 生体機能材料 / 生体適合材料 / バイオコンジュゲート材料 |
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| Research Abstract |
金属材料は典型的な人工材料であり、生体機能がないにも関わらず、優れた強度と靱性から依然として多くの医療用デバイスに使用され、その必要性はますます増加している。しかし、金属は生体適合性、生体機能性の面での課題が多い。その解決のためには、金属材料に生体機能を付与するための新たな科学と技術が必要となる。本研究では、金属表面に機能分子や生体分子を固定化する際の結合と固定化による生体機能発現のメカニズムを、表面科学的および分子生物学的手法によって明らかにするとともに、これを一般的理論に拡張し、汎用性の高い技術とすることを目指している。
本年度は、機能分子・生体分子の電着条件の探索、および電着による分子固定化のメカニズム解明、分子固定化材料の生体機能発現メカニズムの解明の研究を行ってきた。サイクリックボルタンメトリーにより電着中の両末端アミン修飾PEG（NH2-PEG-NH2）の動的挙動を解析した。その結果、電解液中NH2-PEG-NH2の濃度が大きいほど電流密度が大きいことから、チタン表面近傍でNH2-PEG-NH2は電離と非電離を繰り返し、末端アミノ基をチタン表面に接し規則的なU字構造に配列していくことが明らかになった。
また、PEG電着金属の摩擦特性についても検討した。PEGの分子量の増加に伴い摩擦係数は増加し、PEGの固定化様式の組み合わせによっても摩擦係数が変化することが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は電着条件の探索や、電着による分子固定化のメカニズム解明、分子固定化材料の生体機能発現メカニズムの解明の研究を行ってきた。また摩擦特性についても検討しており、研究は当初計画通り進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までの研究を継続し、生体機能発現機構の解明と一般理論への拡張を行う。
コラーゲンなどの生体分子は電化を持つため、カソード電流よりも交流電流によって効果的に電着できる。しかも水中での結合耐久性が高い。
この現象を応用して、骨形成促進のために、I型コラーゲン単独の電着に加え、電解液にCaイオンとリン酸イオンを含有させ、コラーゲン電着とリン酸カルシウム析出を同時に達成する技術の開発を行う。軟組織接着性獲得を目指し、コラーゲン電着後にハイドロゲルを固定化する。
これらの評価として、培養細胞接着性、遊走能、伸展、細胞像側および骨が細胞におけるALP活性、石灰化、RT-PCRによる遺伝子発現解析を行う。
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