整形外科領域の抗菌性生体材料の開発と感染性疾患の治療

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23592199
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 石井 賢 慶應義塾大学, 医学部, 講師 (00276289)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 守雄 慶應義塾大学, 医学部, 准教授 (40209656)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2014-03-31
• Keywords: 整形外科 / 感染 / 生体材料 / 抗菌 / 細菌

Research Abstract

１．Bacterial luciferaseを発現する細菌株の作製：分子画像診断機器には米国Xenogen社のIVISシステムを使用。はじめに安定した増殖能とlucifererase発光を持つ黄色ぶどう球菌の作製とクローニングを行った。予備実験では、プレート上(in vitro)と生体内(in vivo)の細菌は安定してbioluminescenceを発現している。これらの長期にわたる生存や発光維持の評価ならびに定量分析を遂行した。２．マウス骨髄炎モデルの確立と評価：マウス大腿骨髄腔内に一定量の細菌を注入し、慢性骨髄炎モデルを作製。予備実験データで経時的に安定した細菌発光を確認している。さらにELISA 法を用いて血中炎症性サイトカイン値とCRP 値を測定し、同時に組織学的評価を行った。以上より研究期間中により安定した再現性のある動物モデルを完成させた。３．抗菌性生体材料の作製：生体材料の作製においては、現在広く使用されているチタン合金やPEEK などのプラスティックなどの生体材料を中心に銀イオンにて最適なコーティング方法を開発。過去に多くの銀を使用した抗菌加工法があるが、いずれも酸化銀による活性酸素により抗菌性を有するため、生体内で抗菌効果は期待できない。本研究の銀イオンによる抗菌効果は抗菌作用機序が異なり、有用である。すでに試作品を開発し、in vitroで効果を発揮していた。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

2011年4月の段階では、代表者と分担者の2名で抗菌性生体材料の開発と感染性疾患の治療の研究・実験を行う予定であったが、優れた研究成果が得られ、企業との共同研究と情報交換を開始し、臨床応用を目指している。特に企業との国内外での共同研究の遂行が必要不可欠となり、新たに研究分担者を追加申請中である。臨床現場における日本発の新たな治療法の確立も実現可能かと考える。

Strategy for Future Research Activity

将来的には本抗菌技術を日本あるいは欧米で臨床応用すべく、企業へのライセンス活動に移行する。日本発の新たな治療法の確立も視野に入れている。１．抗菌性生体材料を用いて、前述の感染症動物モデルにおける生体材料の抗菌における機能的評価を行う。さらに経時的炎症性サイトカイン値とCRP 値を測定し、同時に組織学的評価を行い比較検討する。２．抗菌性生体材料の臨床応用へ向けての試作品の作製３．抗生物質の分子標的治療の確立：平成19―20 年度の同研究費助成（課題番号：19500328）により達成された蛍光プローブを用いた炎症部位のイメージング法の結果を基としてプローブに抗生物質を付加し抗生物質を用いた新たな分子標的治療法の開発を行う。具体的には主にMRSA をターゲットとして、バンコマイシン（VCM）をプローブに付加する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

実験用試薬の輸入に時間を要し繰り越し金が発生した。来年度はこれらの試薬に加え、動物の購入や抗菌性生体材料の試作品開発費に本研究費を使用する。また、研究の進度によっては、データ解析の委託費用、コンピュータソフトの購入を検討している。

Research Products

• [Journal Article] 整形外科の基礎研究における蛍光・バイオイメージング法 感染症領域への応用 (2012)
  • Author(s): 船尾陽生, 石井 賢, 蔵本哲也, 塩野雄太, 吉岡研之, 石濱寛子, 中村雅也, 戸山芳昭, 千葉一裕, 松本守雄
  • Journal Title: 臨床整形外科 Volume: 47 Pages: 43-50
• [Journal Article] Establishment of a real-time, quantitative and reproducible mouse model of staphylococcal osteomyelitis using bioluminescence imaging (2011)
  • Author(s): Funao H, Ishii K, Nagai S, Sasaki A, Hoshikawa T, Aizawa M, Okada Y, Chiba K, Koyasu S , Toyama Y, Matsumoto M
  • Journal Title: Infection and Immunity Volume: 80 Pages: 733-741
  • DOI: 10.1128/IAI.06166-11
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 定量的マウス慢性骨髄炎モデルを用いた新規抗菌インプラントの開発 (2011)
  • Author(s): 船尾陽生, 石井 賢, 永井重徳, 佐々木あや, 干川智之, 相澤守, 岡田保典, 千葉一裕, 小安重夫, 戸山芳昭, 松本守雄
  • Organizer: 第3回in vivo micro CTフォーラム(招待講演)
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（東京都）
  • Year and Date: 2011年8月26日
• [Presentation] 抗生物質ターゲティング療法の確立へ向けた抗生剤含有・炎症プローブの開発 (2011)
  • Author(s): 蔵本哲也, 石井 賢, 平井政彦, 船尾陽生, 永井重徳, 相澤守, 佐々木文, 岡田保典, 千葉一裕, 小安重夫, 戸山芳昭, 松本守雄
  • Organizer: 第33回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: 京都府民総合交流プラザ京都テルサ（京都府）
  • Year and Date: 2011年11月21日
• [Presentation] 骨・軟部組織感染症における抗生物質ターゲッティング療法の確立へ向けて －抗生剤含有・炎症プローブの開発－ (2011)
  • Author(s): 蔵本哲也, 石井 賢, 平井政彦, 船尾陽生, 永井重徳, 佐々木文, 岡田保典, 千葉一裕, 小安重夫, 戸山芳昭, 松本守雄.
  • Organizer: 第26回日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 群馬県民会館（群馬県）
  • Year and Date: 2011年10月20日
• [Presentation] 整形外科領域耐性菌感染症に対する新規治療法の開発 -抗生物質ターゲッティング療法- (2011)
  • Author(s): 蔵本哲也, 石井 賢, 永井重徳, 船尾陽生, 平井政彦, 佐々木文, 岡田保典, 千葉一裕, 小安重夫, 戸山芳昭, 松本守雄
  • Organizer: 第26回日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 群馬県民会館（群馬県）
  • Year and Date: 2011年10月20日