Development of bioresponsive materials for artificial bone

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19894
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Ohtsuki Chikara 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00243048)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: バイオマテリアル / 生体応答性セラミックス / 有機修飾リン酸塩 / チタン / ジルコニア / 生体活性セラミックス / ヒドロキシアパタイト

Outline of Final Research Achievements

In this research project, based on the concept of "bio-responsive materials" as next-generation biomaterials for artificial bone, we verified the response to alkaline phosphotase (ALP), which is a marker for osteoblast differentiation, and the control of loading and elution of ions that promote osteoblast differentiation, through in vitro tests. Titanium phosphate and zirconium phosphate were successfully formed as bio-responsive ceramics on the surfaces of titanium-based materials and zirconia by selecting appropriate conditions. In addition, organic modification techniques were explored for phosphate compounds and introduced biological trace elements, organic molecules, and fluorescent substances into these compounds, demonstrating the possibility of materials with functions that respond to the body in response to the situation.

Free Research Field

生体材料学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

人工骨は、機能不全となった骨を修復するための医療機器である。これまで人工骨の素材としてリン酸カルシウム系セラミックスがあり、骨と結合する性質（骨結合性）を発現する生体活性材料として知られている。しかし、生体内の環境変化に応答する人工骨用素材は未開拓である。本研究課題では、人工骨用バイオマテリアルとして「生体応答性材料」の概念に立脚して、チタン系金属やジルコニアの表面を改質し、生体応答性セラミックスとして生体応答性人工骨を開拓することを目指した。本研究の成果は、材料の生体機能の発現に関して学術的に解明する意義を持つとともに、超高齢社会での医療技術の発展に寄与する社会的意義がある。