2015 Fiscal Year Research-status Report
アパタイト結晶配向性を指標とした顎骨骨梁のナノメカニクス
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25463055
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| Research Institution | Tokyo Dental College |
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Principal Investigator |
松永 智 東京歯科大学, 歯学部, 准教授 (70453751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉成 正雄 東京歯科大学, 歯学部, 教授 (10085839)
矢島 安朝 東京歯科大学, 歯学部, 教授 (10183667)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体アパタイト結晶配向性 / BAp / 顎骨 / 荷重伝達経路 / 歯科インプラント / 応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
歯を介して外部から加わる様々な荷重は、顎骨の構造を維持するために重要な役割を果たしている。特に顎骨の海綿質骨梁は、様々な機能圧の伝達・分散に関与するため、生体力学的に果たす役割は大きい。有歯顎、無歯顎、あるいはインプラント周囲顎骨の内部微細構造における精細な骨質解析と力学機能の評価は、将来のバイオメカニクスに基づく治療計画立案のために一刻も早く完遂されるべき最優先事項である。骨の力学機能は、骨密度のみならずアパタイトの異方性を考慮した結晶学的アプローチを進めることで、未だ未知の領域である顎骨内部の力学的環境にアクセスすることができる。
本研究ではまず、有歯顎・無歯顎における骨梁の連続的な結晶配向性を算出し、海綿骨領域におけるアパタイト配向性の地図を作製する。生体アパタイト結晶の配向性と力学特性のデータベースとの関連性について精査することで、ヒト顎骨における荷重支持機能の定量的評価を行う。さらに実験動物を用いて、負担過重・低荷重モデルの作製及び解析と荷重方向の違いによる局所応力の偏在傾向と結晶配向性について検討を加える。異なる荷重条件下における顎骨骨梁のアパタイト配向性と力学機能の関連について調査することで、恒常性維持のために必要な力学的環境の一端を解明する。
本研究はこうした新規発想をベースに、材料工学的手法の最先端から、これからの歯科医師に必須であるバイオメカニクス分野の評価基準を設定し、歯科医師による顎骨のナノレベル制御を可能にするものと期待される。将来の骨質を考慮した新しい顎骨再建手法の確立や骨の再生医療発展に大きく貢献できると確信している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
顎骨内部微細構造のメカノバイオロジー解明のためには、（１）咀嚼荷重の負担・緩衝に関与している海綿骨領域のナノレベル特定、およびヒト顎骨における荷重支持機能の定量的評価と、（２）異なる荷重条件下における顎骨骨梁のアパタイト配向性と力学機能の精査による、恒常性維持のために必要な力学的環境の解明が必要である。顎骨内部の応力環境は、アパタイト結晶配向性と力学機能解析によってはじめて可視化と評価が可能となる。本研究は研究計画に基づき、ヒト顎骨における定量的解析と動物実験を用いた介入実験を予定通り終了したが、顎骨内部の応力環境のより精細な予測のためには細胞動態、特にインプラント周囲顎骨におけるオステオンの存在部位とその異方性について検討が不可欠であると考えた。そのため、新たに研究に供された歯科インプラントを含むヒト顎骨を用いた試料作製および解析を研究計画に追加した。
平成27年度は前年度に引き続き、日本人成人遺体より採取した無歯顎骨における配向性3Dマッピングによるアパタイト結晶配向性地図を作製するとともに、ビーグル犬を用いた有歯顎モデル、無歯顎モデル、歯科インプラント埋入モデルを作製して骨密度計測、骨形態計測を行った。これに加えて、ヒト上下顎に埋入されたインプラント周囲顎骨におけるミクロ構造特性と応力環境の関連性について検討を行う計画を追加したため、当初の計画よりやや遅れる結果となり、平成28年度に追加実験とさらなる検討を行うこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
歯科インプラントを含むヒト顎骨について、レジン包埋を行い研磨標本を作製してオステオンの存在部位と走行方向について検索を進め、その異方性について検討する。ミクロな構造特性と骨質解析結果を照らし合わせ、歯科インプラント周囲の力学的環境が周囲顎骨に与える影響について解明を進める予定である。特にオッセオインテグレーションと呼ばれる部位には、本来の海綿骨ではなく皮質骨様構造（オステオンが存在する）が認められることから、骨の形態的特徴と力学環境の強い関連性を見出すことができると考えており、骨の再生医療発展に向けた基礎的研究として非常に有意義である。
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| Causes of Carryover |
歯科インプラントを含むヒト顎骨が新たに研究に供されたこと、また追加実験として歯科インプラント周囲顎骨における骨動態を調べることが不可欠となったことにより、平成28年度に補助事業期間を延長したことから、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
歯科インプラントを含むヒト顎骨をレジン包埋した後に研磨標本を作製し、インプラント周囲顎骨におけるオステオンとパケットの存在を確認する。オステオンについてはその形態（骨細胞の異方性等を含む）と方向を網羅的に検索し、その結果と骨質解析の結果を比較検討する。
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[Journal Article] Biological apatite crystallite alignment analysis of human maxillary molar region cortical bone with microbeam X-ray diffraction2016
Author(s)
Kasahara, M., Matsunaga, S., Odaka, K., Ishimoto, T., Nakano, T., Yoshinari, M., Abe, S.
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Journal Title
Journal of Hard Tissue Biology
Volume: 25
Pages: 109-114
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Alignment of biological apatite crystallites in premolar and molar region in cortical bone of human dentate mandible2016
Author(s)
Mitsui, T., Matsunaga,S., Nomoto, S., Sato, T., Abe, S., Yoshinari, M., Yamashita, S.
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Journal Title
Journal of Hard Tissue Biology
Volume: 未定
Pages: 未定
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Alignment of Biological Apatite Crystallites in Posterior Cortical Bone of Human Edentulous Mandible.2015
Author(s)
Iwata, M., Matsunaga, S., Morioka, T., Nakano, T., Abe, S., Yoshinari, M., Yajima, Y.
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Journal Title
Journal of Hard Tissue Biology
Volume: 24
Pages: 235-240
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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