ポリウレタン・スポンジを気孔形成材とした炭酸アパタイト多孔体の開発と骨再生医療
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22K17078
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
秋田 和也 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 助教 (70876028)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 炭酸アパタイト / 多孔体 / 骨再生 / スキャフォールド / 骨補填材 / ポリウレタンスポンジ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、繊維径の異なるポリウレタン・スポンジを気孔形成材として用いた炭酸アパタイト多孔体を開発する。気孔径はスポンジに依存するので、種々の気孔径を有する炭酸アパタイト多孔体を調製し、実験動物を用いて骨形成や材料の吸収性を評価する。その後、選定した炭酸アパタイト多孔体と骨髄幹細胞を複合化させ、異所性骨再生により、骨再生医療用スキャフォールドとしての有効性を検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ポリウレタン・スポンジを気孔形成材として用いることで種々の網状連通気孔を有する炭酸アパタイト多孔体の開発と、骨髄幹細胞との複合化による新規の骨再生医療用スキャフォールドへの展開を目的とする。
まず水と練和した硫酸カルシウム内にポレウレタン・スポンジを含浸させ、硬化体を作製した。硬化体をミリングマシンを用いて切削し、直径10mm、厚み1.5mmのディスクを作製した。700℃で硬化体内のスポンジを焼却することで、硬化体内のスポンジがあった部分の空洞を作ることで硫酸カルシウム多孔体を作製した。また、焼却によりディスク直径は9mmに縮小した。作製した硫酸カルシウム多孔体は溶解析出反応を利用して、4℃の炭酸ナトリウム水溶液に浸漬し炭酸化させ、90℃のリン酸水素ナトリウム水溶液に浸漬することでリン酸化させた。エックス線回折装置、フーリエ赤外分光光度計を用いて、炭酸カルシウム、炭酸アパタイトへの組成変換を確認した。さらに走査型電子顕微鏡にて網状連通気孔を有することを確認し、水銀圧入法にてファイバー径に準じた気孔が形成できていることを確認できた。以上の結果より、網状連通気孔を有する炭酸アパタイト多孔体の開発に成功した。
さらに開発した炭酸アパタイト多孔体を用いて動物実験の予備実験を行った。ラット頭蓋骨に径9mmの骨欠損を作成し、ディスク状の炭酸アパタイト多孔体を骨欠損に埋植した。埋植2週で周囲組織を含めて摘出し、切片を作製し、組織学的に評価した。炭酸アパタイト多孔体周囲に炎症性組織はなく、生体親和性は良好であった。また、多孔体内部の気孔への骨形成を認めた。
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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
本研究の目的の一つである炭酸アパタイト多孔体の開発に成功した。ポリウレタンスポンジを気孔形成材として用いることで、網状連通気体を作製でき、さらにファイバー径に一致した気孔が形成できた。また前駆体に硫酸カルシウムを用いることで、溶解析出反応を利用して、前駆体で形成した気孔を保ったまま、炭酸アパタイト多孔体の開発に成功した。動物実験の予備実験を行い、開発した炭酸アパタイト多孔体は、良好な生体親和性と優れた骨伝導能を有することが確認できた。おおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発に成功した炭酸アパタイト多孔体の気孔径は一つである。そこで、焼却された線維径に一致した空洞が作れることを利用して、ポリウレタン・スポンジの線維径を変えることで、種々の気孔径を有する多孔体の作製を試みる。次に種々の気孔径を有する炭酸アパタイト多孔体を用いて、ラット頭蓋骨に作成した骨欠損に埋植し、骨形成に優れた気孔径を選定する。
また、炭酸アパタイト多孔体とラット骨髄幹細胞を複合化させることで、骨再生用スキャホールドの開発も行う。ラット大腿骨から骨髄を採取し、骨形成誘導培地上で培養し、炭酸アパタイト多孔体上に播種することで複合体を作製する。その複合体を同種の近交系ラット背部皮下に移植して、異所性の骨再生能を評価する。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
