2015 Fiscal Year Research-status Report
骨質低下型骨粗鬆症への骨増生インプラントの臨床応用に向けた基礎的研究
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26462964
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
野崎 浩佑 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (00507767)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀内 尚紘 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (90598195)
江部 典子 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (20611099) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | チタンナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨粗鬆症は，骨芽細胞と破骨細胞のカップリングの不調和により骨形成の低下や，骨吸収の増加，骨質の劣化などが生じることが明らかとなっている．骨粗鬆症の原因とされている女性ホルモンの低下は，骨芽細胞の増殖や分化等の機能を抑制する．生体内に埋入されたインプラント材料は，骨芽細胞により形成された骨と強固に結合することによりその機能を発揮する．インプラント材料の表面電荷や表面性状は，骨芽細胞の増殖や分化を制御することから，様々な表面改質法が検討されている．我々は，表面電荷を制御したチタンインプラントを開発し，その効果を検討したところ，骨芽細胞分化の指標であるアルカリフォスファターゼ活性の向上を認めた．また，生体材料の表面形状が細胞機能を制御する事から，我々は陽極酸化法を用いて，チタンインプラント表面に直径数十ナノメートルの孔を有するナノチューブコーティングと，サンドブラスト処理による直径数マイクロメートルから数十マイクロメートルのクレーター状の圧痕を有する階層性コーティング処理を開発した．本コーティング法は，現在臨床応用されている表面改質法のサンドブラスト過程に用いる研摩材を変更し，投射条件等を最適化したため，臨床応用しやすいことが利点とされる．形成されたマイクロメートル構造は，研摩材の種類により，厳密に表面粗さが制御可能であることから，細胞機能を制御する表面粗さの指標を提示可能となる．本コーティング法で作製したマイクロメートルの表面構造を有するチタン上では，細胞の伸展面積の減少と，細胞増殖能の亢進が認められた．
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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，生体材料として広く使用されているチタン表面に陽極酸化処理によりナノチューブコーティングを行った．ナノチューブ径は，使用する電解溶液と印加電圧により制御可能であり，一般的にはフッ酸を用いる事により短時間でナノチューブが形成可能であるが，基板とナノチューブ移行部が脆弱で，超音波洗浄などで容易に剥離することが，臨床応用に向けて問題である．そこで，我々は，フッ化ナトリウムと硫酸ナトリウムを用いた電解溶液を用い，チタン表面に直径数十ナノメートルのチューブ状表面構造を付与した．本コーティング法により作製したナノチューブは強固に基板上にコーティングされた．
また，マイクロメートルサイズの表面粗さを付与する為に，サンドブラストによる表面加工を試みた．現在，利用されている不定型のアルミナ粒子は，容易にチタン表面を加工可能であるが，その表面粗さは不定であり，細胞機能を制御する最適な表面粗さは未だ明らかとなっていない．そこで，球状の均一な大きさを有する研摩材を用いて，表面粗さの制御を試みたところ，直径数マイクロメートルから数十マイクロメートルの均一なクレーター状を有するチタン材料を得た．算術平均粗さおよび最大高さは，研摩材の粒径の増加に伴い増加したことから，本表面改質法により表面粗さの制御が可能であることが示唆された．
前述した2種のコーティング法を併用し，マイクロ‐ナノ構造を有するチタン材料を作製し，骨芽細胞様細胞MG63を播種し，その接着形態および増殖能を検討したところ，マイクロ構造を付与することにより，細胞伸展面積の減少と細胞増殖能の亢進が認められた．
以上より，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
近年，歯科領域において歯牙欠損に対する治療法として，審美的・機能的側面からインプラントによる治療が盛んに行われるようになってきた．しかしながら，骨強度の低下を引き起こす骨粗鬆症は，口腔インプラント治療を妨げる全身的リスクファクターとして問題視されており，インプラント治療の適応が制限されている．骨粗鬆症は，骨芽細胞と破骨細胞のカップリングの不調和により，骨形成の低下と骨吸収の亢進により発症する．そのため，生体内に埋入された生体材料上での骨形成能の低下は，口腔インプラント治療の予後を左右すると考えられる．以上より，細胞機能を制御する表面改質法の開発が急務とされており，本年度の研究成果により細胞機能を制御する新たな表面改質法が示唆された．
生体内での骨形成能は，骨芽細胞のみならず様々な細胞のパラクライン的作用を無視することは出来ないため，in vivoによる評価が必須である．我々は，平成26年度に卵巣摘出術による骨粗鬆症実験動物モデルを作製したことから，今年度は平成27年度に開発したコーティング法を用いて，実験動物用に作製したチタンインプラントを表面改質し，その骨形成能を評価する予定である．
また，生体材料上での骨形成能は，細胞外基質との接着タンパク質であるインテグリンスーパーファミリーのシグナリングカスケードが関与する．平成26年度に作製したin vitroの実験モデルを利用し，基板形態とインテグリンシグナリングカスケード，エストロゲンの相互作用メカニズムを明らかにし，基礎的研究の発展に貢献する必要が有ると考えられる．
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| Causes of Carryover |
未使用額が生じた理由は，動物実験を行わなかったため，実験動物費用が当初予定額よりも少なかったためである．次年度は，動物実験が開始されるため未使用額については次年度研究費と併せて使用する計画である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
未使用額と次年度使用額を併せて以下の項目に関して使用する予定である．①研究成果発表のための旅費（国内会議，国際会議）②試料作製に必要な薬品，消耗品の購入③細胞実験のための必要な薬品，消耗品，解析用試薬④動物実験のための必要な薬品，消耗品，解析用試料作製のための薬品，試料滅菌のためのガンマ線滅菌費用．
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