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生体適合性に及ぼす各種微粒子粉末のサイズ依存性と生化学的材料評価

研究課題

研究課題/領域番号 14370623
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 補綴理工系歯学
研究機関北海道大学

研究代表者

亘理 文夫  北海道大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (70158682)

研究分担者 高師 則行  北海道大学, 医学部・歯学部附属病院, 助手 (40312376)
戸塚 靖則  北海道大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (00109456)
宇尾 基弘  北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助教授 (20242042)
赤坂 司  北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助手 (00360917)
横山 敦郎  北海道大学, 医学部・歯学部附属病院, 講師 (20210627)
研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
12,100千円 (直接経費: 12,100千円)
2003年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
2002年度: 9,200千円 (直接経費: 9,200千円)
キーワードバイオマテリアル / 生体適合性 / 細胞機能性試験 / ナノマテリアル / ナノトキシコロジー / サイトカイン / 微粒子 / インプラント / 好中球 / マクロファージ / 活性酸素
研究概要

[目的]粉液法が多用される歯科材料や人工関節骨頭摺動部で発生する摩耗粉等、生体適合性に及ぼす微粒子のサイズ依存性を生化学的手法を導入し細胞機能性試験と組織埋入試験で調べた。
[方法]粒度に分布幅を持つ粒子群から、沈降法により0.5,3,10μmを、限外濾過法により300nm以下の単分散粒子を抽出し、各材料間で同一に揃えた。
[サイズ依存性]ヒト好中球、歯根膜細胞、ラットマクロファージを用いた細胞機能性試験ではTi,Fe,Ni(各500nm;3,10,50,150μm),TiO_2(30,60,300,500nm;2μm),ポリ乳酸(1,13μm)の微粒子径が小さくなるほど細胞生存率が低下し、LDH、活性酸素、サイトカインTNF-α,IL-1β,IL-8,M-CSFの放出は増加した。特に細胞より小さな10μm以下では貧食を誘発し著しく増大した。その刺激性は細胞内毒素に比べると1/100〜1/1000程度オーダーが低い。
[形状依存性]0.5,3,10μmの形状異方性の小さい塊状(平均径)と針状(長径)TiO_2粒子を比較すると、細胞生存率、LDH、活性酸素、IL-1βからは針状のほうが刺激性が高く、TNF-αからは細胞と同等サイズの3,10μmでは刺激性、貧食能が形状に影響を受けるが、細胞よりはるかに小さな0.5μmでは影響が小さい結果が得られた。
[材料依存性]ともに生体親和性で、ICP元素分析でイオン溶出が無視できることを確認したTiと溶出するFeはよく似たサイズ依存性を示した。Niは細胞生存率が低めで、活性酸素、サイトカイン放出量が多く、顕微鏡で細胞の破壊が観察され、材料の為害性の影響と考えられる。
[結論]動物埋入試験でも約100μm以上のTi粒子は生体親和性を示すが、50μm以下では炎症性反応を惹起し、10μm以下になると貧食を誘発し、長期間強い炎症を引き起こす。マクロサイズの生体適合性には通常、溶解イオンとして発現する材質依存的な化学的効果が支配的であるが、μm〜nmになるとbioactive,bioinert材料でも、微粒子と細胞・組織の相対的なサイズ関係に由来する、材質非特異的な物理的サイズ効果が顕在化する。

報告書

(3件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (82件)

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  • [文献書誌] Fumio Watari: "Mechanical Properties and Biocompatibility of Surface-Nitrided Titanium for Abrasion Resistant Implant"Bioceramics (Key Engineering Materials Vols.254-256). 16. 873-876 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Tamura: "Effects of Micro/Nano Particle Size on Cell Function and Morphology"Bioceramics (Key Engineering Materials Vols.254-256). 16. 919-922 (2004)

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  • [文献書誌] Fumio WATARI4: "Biocompatibility of materials and development to functionally graded implant for bio-medical application"Composites Science and Technology. 64・6. 893-908 (2004)

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  • [文献書誌] 亘理文夫: "微粒子と生体反応"ナノ学会会報. 2・1. 33-37 (2003)

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  • [文献書誌] 亘理文夫: "傾斜機能型デンタルポストの応用緩和効果"2002年度傾斜機能材料論文集<FGM2002>. 93-97 (2003)

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  • [文献書誌] Fumio WATARI: "Development of functionally graded implant and dental post for bio-medical application"Functionally Graded Materials 2002. 423-425. 321-326 (2003)

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  • [文献書誌] 亘理文夫: "傾斜機能型人工歯根の開発と課題"傾斜機能材料の開発と応用(シーエムシー出版). 149-158 (2003)

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  • [文献書誌] 横山敦郎: "生体材料(デンタルインプラント)を目的とした傾斜機能材料の作製と生体反応"化学工業. 54・11. 13-18 (2003)

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  • [文献書誌] Junko KONISHI: "Effect of Sphered Particles on the Firing Contraction of Pocelain Inlay Processed by Cold Isostatic Pressing"J.Biomed.Mater.Res.. 66B. 553-558 (2003)

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  • [文献書誌] Magda Kiyoko Yamada: "Imaging and Non-Contact Profile Analysis of Nd:YAG Laser-Irradiated Teeth by Scanning Electron Microscopy and Confocal Laser Scanning Microscopy"Dental Materials Journal. 22. 556-568 (2003)

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  • [文献書誌] Magda Kiyoko Yamada: "CLSM and SEM quantitative analysis of surface topography of human teeth irradiated by Nd:YAG, Er:YAG and CO_2 lasers"Proc.8th Int.Congr.Laser in Dentistry International Congress Series. 1248. 135-137 (2003)

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  • [文献書誌] Kazutoshi TANI: "Discrimination between Composite Resin and Teeth using Fluorescence Properties"Dental Materials Journal. 22. 569-580 (2003)

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  • [文献書誌] Atsuro Yokoyama: "Tissue response to a newly developed calcium phosphate cement containing succinic acid and carboxymethyl-chitin"J.Biomed.Mater.Res.. 64A. 491-501 (2003)

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  • [文献書誌] Motohiro Uo: "Cytotoxicity and bonding property of dental ceramics"Dental Materials. 19. 487-492 (2003)

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  • [文献書誌] Motohiro Uo: "Surface analysis of dental amalgams by X-ray photoelectron spectroscopy and X-ray diffraction"Dental Materials. 19. 639-644 (2003)

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  • [文献書誌] Min Ho Lee: "Biocompatibility of Surface Treated Pure Titanium and Titanium Alloy by in vivo and in vitro Test"Metals and Materials International. 9・1. 35-42 (2003)

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  • [文献書誌] N.Suwa: "Static-Dynamic Friction Transition of FRP Esthetic orthodontic wires on various brackets by suspension type friction test"J.Biomedical Materials Research. 66B. 765-771 (2003)

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  • [文献書誌] 田村一央: "ナノ・マイクロ微粒子が及ぼす生体為害性の評価"第15回代用臓器研究会プログラム・抄録集. 3 (2003)

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  • [文献書誌] 豊泉 裕: "光重合法によるアーチ型審美矯正ワイヤーの開発"歯科材料・器械. 21・5. 271-277 (2002)

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  • [文献書誌] 山方秀一: "審美性に優れた歯科矯正ワイヤーの開発"材料と環境. 51・12. 555-560 (2002)

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  • [文献書誌] Ryuichi KUMAZAWA: "Effects of Ti ions and particles on cellular function and morphology of neutrophils"Biomaterials. 23. 3757-3764 (2002)

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  • [文献書誌] Kazuchika TAMURA: "Effects of particle size on cell function and morphology in titanium and nickel"Materials Transactions. 43・12. 3052-3057 (2002)

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  • [文献書誌] Yutaka Tamura: "Mechanical properties of surface-nitrided titanium for abrasion resistant implant materials"Materials Transactions. 43・12. 3043-3051 (2002)

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  • [文献書誌] Yutaka TAMURA: "Surface Properties and Biocompatibility of Nitrided Titanium for Abrasion Resistant Implant Materials, DENTAL MATERIALS JOURNAL Vol.21 No.4,355-372"DENTAL MATERIALS JOURNAL. 21・4. 355-372 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 谷村幸広: "金属イオン修飾による二酸化チタン光触媒の可視光応答性付与と歯科応用のための基礎研究"歯科材料・器械. 21・6. 342-350 (2002)

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  • [文献書誌] 亘理文夫: "FGMインプラントの特性に及ぼすSPS焼結圧の効果と生体適合性"粉体および粉末冶金、粉体粉末冶金協会. 49・12. 1063-1069 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 小西順子: "冷間等加圧法を用いた陶材インレーの焼成後収縮に及ぼす中間酸化物添加の影響"歯科材料・器械. 21・6. 357-367 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 小西順子: "冷間等加圧法で作製した陶剤インレーに及ぼす脱バインダー化球状粉末の影響"日本歯科保存学雑誌. 45・6. 1213-1222 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 谷村幸広: "イオン修飾二酸化チタンの可視光応答性光蝕能と抗菌性"2002年3学協会北海道支部研究発表会講演要旨集. A16. 19 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 谷村幸広: "イオン修飾二酸化チタンの可視応答性光触媒能の検証"歯科材料・器械. 21・S39. 107 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 亘理文夫: "先進歯科材料研究に関する最近の動向"材料の微細組織と機能性第133委員会174回研究会資料. 13 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 近藤英臣: "窒化チタン/アパタイト系傾斜機能型インプラントの作製と評価"歯科材料・器械. 21・S40. 33 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 田村一央: "金属微粒子の細胞機能性試験と粒径効果"歯科材料・器械. 21・S40. 94 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 田村一央: "チタン粒子が及ぼす細胞為害性のサイズ依存と粒径効果"第50回国際歯科研究学会日本部会(JADR)総会・学術大会. 32. 106 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fumio Watari, Yutaka Tamura, Atsuro Yokoyama, Motohiro Uo, Takao Kawasaki: "Mechanical Properties and Biocompatibility of Surface-Nitrided Titanium for Abrasion Resistant Implant"Bioceramics (Key Engineering Materials Vol.254-256). 16. 873-876 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Tamura, N.Takashi, T.Akasaka, I.D.Rosca, M.Un, Y.Totsuka, F.Watari: "Effects of Micro/Nano Particle Size on Cell Function and Morphology"Bioceramics (Key Engineering Materials Vol.254-256). 16. 919-922 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fumio WATARI, Atsuro YOKOYAMA, Mamoru OMORI, Toshio HIRAI, Hideomi KONDO, Motohiro UO, Takao KAWASAKI: "Biocompatibility of materials and development to functionally graded implant for bio-medical application"Composites Science and Technology. 64(6). 893-908 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fumio Watari, Kazuchika Tamura, Noriyuki Takashi, Motohiro Uo, Tsukasa Akasaka, Yasunori Totsuka, Bunshi Fugetsu, Yoshinori Sato, Kazuyuki Tohji: "Fine Particles and Bioreaction"The Bulletin of the Society of Nano Science and Technology. 2(1). 33-37 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fumio WATARI, Hideomi KONDO, Shingo MATSUO, Rika MIYAO, Atsuro YOKOYAMA, Mamoru OMORI, Toshio HIRAI, Yutaka TAMURA, Motohiro UO, Noboru OHATA, Takao KAWASAKI: "Development of functionally graded implant and dental post for bio-medical application"FGM 2002 (Ed.W.PAN, Trans Tech Publications, Zurich). vol423-425. 321-326 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Junko KONISHI, Fumio WATARI, Chiharu KAWAMOTO, Hidehiko SANO: "Effect of Sphered Particles on the Firing Contraction of Porcelain Inlay Processed by Cold Isostatic Pressing"J Biomed Master Res Part B : Appl Biomater (Wiley Periodicals, Inc.). 66B. 553-558 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Magda Kiyoko Yamada, Fumio Watari: "Imaging and Non-Contact Profile Analysis of Nd : YAC Laser-Irradiated Teeth by Scanning Electron Microscopy and Confocal Laser Scanning Microscopy"Dental Materials Journal. 22. 556-568 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazutoshi Tani, Fumie Watari, Motohiro Uo: "Discrimination between Composite Resin and Teeth using Fluorescence Properties"Dental Materials Journal. 22. 569-580 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Suwa, F.Watari, S.Yamagata, J.Iida, M.Kobayashi: "Static-Dynamic Friction Transition of FRP Esthetic orthodontic wires on various brackets by suspension type friction test"Biomedical Materials Research. 66. 765-771 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ryuichiro KUMAZAWA, Fumio WATARI, Noriyuki TAKASHI, Yukihiro TANIMURA, Motohiro UO, Yasunori TOTSUKA: "Effects of Ti ions and particles on cellular function and morphology of neutrophils"Biomaterials. 23. 3757-3764 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kazuchika TAMURA, Noriyuki TAKASHI, Ryuichiro KUMAZAWA, Fumie WATARI, Yasunori TOTSUKA: "Effects of particle size on cell function and morphology in titanium and nickel"Materials Transactions. 43(12). 3052-3057 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yutaka Tamara, Atsuro YOKOYAMA, Fumio WATARI, Mutohiro UO, Takao KAWASAKI: "Mechanical properties of surface-nitrided titanium for abrasion resistant implant materials"Materials Transactions. 43(12). 3043-3051 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yutaka TAMURA, Atsuro Yokohama, Takao KAWASAKI: "Surface Properties and Biocompatibility of Nitrided Titanium for Abrasion Resistant Implant Materials"DENTAL MATERIALS JOURNAL. 21(4). 355-372 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yukihiro TANIMURA, Fumio WATARI, Motohiro UO, Yasunori TOTSUKA: "【table】Visible Light Responsibility of Titanium Photocatalyst by Metal Ion Decoration and Research into Its Dental Application"The Journal of the Japanese Society for Dental Materials and Devices. Vol.21, No.6. (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Fumio Watari: "Mechanical Properties and Biocompatibility of Surface-Nitrided Titanium for Abrasion Resistant Implant"Bioceramics (Key Engineering Materials Vols.254-256). 16. 873-876 (2004)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tamura: "Effects of Micro/Nano Particle Size on Cell Function and Morphology"Bioceramics (Key Engineering Materials Vols.254-256). 16. 919-922 (2004)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Fumio WATARI: "Biocompatibility of materials and development to functionally graded implant for bio-medical application"Composites Science and Technology. 64・6. 893-908 (2004)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 亘理文夫: "微粒子と生体反応"ナノ学会会報. 2・1. 33-37 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 亘理文夫: "傾斜機能型デンタルポストの応用緩和効果"2002年度傾斜機能材料論文集<FGM2002>. 93-97 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Fumio WATARI: "Development of functionally graded implant and dental post for bio-medical application"Functionally Graded Materials 2002. 423-425. 321-326 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 亘理文夫: "傾斜機能型人工歯根の開発と課題"傾斜機能材料の開発と応用(シーエムシー出版). 149-158 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 横山敦郎: "生体材料(デンタルインプラント)を目的とした傾斜機能材料の作製と生体反応"化学工業. 54・11. 13-18 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Junko KONISHI: "Effect of Sphered Particles on the Firing Contraction of Porcelain Inlay Processed by Cold Isostatic Pressing"J.Biomed.Mater.Res.. 66B. 553-558 (2003)

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  • [文献書誌] Magda Kiyoko Yamada: "Imaging and Non-Contact Profile Analysis of Nd : YAG Laser-Irradiated Teeth by Scanning Electron Microscopy and Confocal Laser Scanning Microscopy"Dental Materials Journal. 22. 556-568 (2003)

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  • [文献書誌] N.Suwa: "Static-Dynamic Friction Transition of FRP Esthetic orthodontic wires on various brackets by suspension type friction test"J.Biomedical Materials Research. 66B. 765-771 (2003)

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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