2014 Fiscal Year Research-status Report
ハイブリッド界面制御と破骨細胞制御による新しい骨再生医療用生体吸収性材料の創製
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25420036
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田中 基嗣 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (30346085)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 骨再生医療用生体吸収性材料 / ハイドロキシアパタイト / 生体吸収性ポリマー / 界面制御 / 破骨細胞 / 細胞挙動制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，粒子／母材間の界面接着状態を飛躍的に改善可能なハイブリッド界面制御，最適な母材の選択，剛性変化を設計することによる破骨細胞の基質融解挙動制御を組み合わせて，治療初期は人工骨そのものが骨機能代替を果たすとともに，骨芽細胞による骨形成を促進するだけでなく，破骨細胞による人工骨分解・吸収を両立し，加水分解によって人工骨が「やわらかく」なると破骨細胞を徐々に不活性に制御することが可能な，高特性・高機能な骨再生医療用足場用ハイドロキシアパタイト粒子／生体吸収性ポリマー複合材料を創製することを目的とした．これにより，生体材料・複合材料・細胞挙動の知見を組み合わせた新しい材料システムの構築に寄与することを目指している．２年目の成果は，以下のように要約される．
１）ハイドロキシアパタイト粒子に対するハイブリッド界面制御を最大化できる条件（ペクチン：11 [wt%]，キトサン：0.5 [wt%]）において，最適な保護基量が11 [wt%]であることがわかった．
２）破骨細胞の代謝挙動により融解させることが可能な高分子であるポリカプロラクトンを母材に用いた場合でも，ハイドロキシアパタイト粒子表面へのハイブリッド界面制御が界面特性の改善・制御に有効であることが示された．
３）ハイブリッド界面制御ハイドロキシアパタイト粒子とポリカプロラクトンを複合化し，一定期間の加水分解後に引張試験をおこなった．その結果，界面制御効率を最大化した場合に，加水分解にともなう破壊特性の低下がもっとも抑制された．これより，高い破壊特性とすみやかな分解・吸収特性を両立するためには，最適な界面制御効率が存在することが示唆された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の推進にあたって，当初計画にはなかった界面制御効率（ハイドロキシアパタイト表面修飾率）の評価および制御方法の構築が初年度に必要となった．この新たな課題については，報告の通り，ハイドロキシアパタイトに対する最適な修飾高分子量を明らかにし，安定した複合材破壊特性を発現させることが可能とすることで解決できた．そのため，全体の計画が順次後ろへずれているのが実情である．しかしながら，当初計画で初年度に実施する予定であったハイブリッド界面制御が適用可能な生体吸収性ポリマー（ポリカプロラクトン）の探索を達成した．ポリカプロラクトンは，破骨細胞により融解されることがわかっており，初年度の細胞実験でも細胞挙動を確認できている素材であるため，本研究の目標となる材料システムの母材として有力であると考えられる．また，ハイブリッド界面制御ハイドロキシアパタイト粒子／ポリカプロラクトン複合材料の加水分解にともなう劣化挙動を明らかにできた．このことから，初年度の遅れ分をかなり取り戻したと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，２年目までの検討の結果を総合して，破骨細胞の活性化・不活性化の最適な制御が可能な微視構造の設計をおこなう．このためには，材料作製時の冷却工程を段階的に変化させるなどして，傾斜機能化する必要性も考えられる．また，設計した微視構造を有する材料システムを実際に作製し，分化因子を導入した造血幹細胞を試作したフィルム状試験片上で培養・挙動観察・評価することで，本研究の有効性・実用性を検証する．傾斜機能化による破骨細胞制御が想定通りに実現できない場合には，生体吸収性ポリマー製マイクロカプセル（MC）に封入した破骨細胞分化・活性化因子を材料内に最適に分散し，骨形成と足場分解吸収の状況に応じて破骨細胞分化・活性化因子を除放することで，目標とする機能の実現を検討する．
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| Causes of Carryover |
試行錯誤的な実験が多く発生したため，消耗品費は比較的多く消費した．初年度に購入予定であった精密万能試験機オートグラフを別予算で購入できたため，初年度予算が比較的多く残ったため，２年目の消耗品費による予算消化を経ても，結果として少額の次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は検証実験が主となるため，消耗品費はこれまでのようには生じないと予想される．成果の発信（国際会議・国内学会での発表や論文投稿）に対して，主に予算を使用したい．
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