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骨形成因子結合多糖の空間分布が異なるリン酸八カルシウム表面での骨形成挙動解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K21104
補助金の研究課題番号 18H05938 (2018)
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金 (2019)
補助金 (2018)
審査区分 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

濱井 瞭  東北大学, 歯学研究科, 助教 (00824004)

研究期間 (年度) 2018-08-24 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード人工骨補填材 / 表面化学修飾 / リン酸八カルシウム / グリコサミノグリカン / タンパク質 / コンドロイチン硫酸 / 溶解度 / リン酸カルシウム / 骨形成タンパク質 / 骨芽細胞分化
研究開始時の研究の概要

これまでにリン酸カルシウム(CaP)系骨修復材料の骨再生能を向上させるため,骨形成タンパク質(BMP)の生体への徐放による骨芽細胞の活性化が検討されてきた。一方で,生体内においては,骨組織を構成するアパタイトに親和性を示す多糖であるグリコサミノグリカン(GAG)がBMPの保持を担うことが示唆されている。しかし,GAG結合BMP(GAG-BMP)のうち,骨組織に固定化されたものと放出されるもののどちらが,骨形成に寄与しているかは不明である。本研究は,CaP表面に固定したGAG-BMPと表面から徐放されるGAG-BMPモデルを構築し,どちらが骨芽細胞の活性化(分化)に有効か解明するものである。

研究成果の概要

本研究では,リン酸八カルシウム(OCP)表面からの骨形成タンパク質/グリコサミノグリカン(GAG)複合体の空間分布と細胞による骨形成挙動の関係を系統的に解明するためのモデルの構築条件を検討した。GAGにはコンドロイチン硫酸,BMPにはモデルタンパク質を用いて研究を実施した。その結果,OCPに修飾したアミノ基とコンドロイチン硫酸間の結合強度を制御することで,表面からのモデルタンパク質/GAGの溶出挙動を調節できることが示唆された。得られた知見を基に確立したモデルにより,骨組織のGAG を介したBMP保持や未分化細胞の活性化機構を模倣し,高い骨再生能を示す骨修復材料の創成に寄与できると期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

骨組織に含まれる多糖類であるグリコサミノグリカンと骨形成に寄与するタンパク質(BMP)の親和性に着目し,それらの複合体とリン酸八カルシウム(OCP)表面との化学結合の強さが異なる表面モデルを構築する条件を見出した。OCPは,骨補填材(人工骨)として応用されている材料である。本モデルを用いることで,骨修復材料の表面から周囲にかけてのBMPと複合化したグリコサミノグリカンの存在量の密度が骨組織を形成する細胞の活性化に及ぼす影響の解明に寄与できると考えられる。これにより,骨再生能の向上に最適な方法でBMPのみならず,関連組織の再生を促すタンパク質を担持した骨補填材開発への応用を拓くものである。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] リン酸八カルシウム結晶周囲の化学環境が血清タンパク質吸着と集積に及ぼす影響の検討2020

    • 著者名/発表者名
      濱井 瞭, 土屋香織, 鈴木 治
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 67 号: 5 ページ: 258-263

    • DOI

      10.2497/jjspm.67.258

    • NAID

      130007842700

    • ISSN
      0532-8799, 1880-9014
    • 年月日
      2020-05-15
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Comparative study of capacity of protein adsorption onto octacalcium phosphate prepared by different synthesis conditions2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Hamai, Kaori Tsuchiya, Susumu Sakai, Osamu Suzuki
    • 学会等名
      The 15th International Workshop on Biomaterials in Interface Science, The 11th Symposium on Innovative Dental-Engineering Alliance (IDEA)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] タンパク質吸着能の変化がリン酸八カルシウムの溶解性に及ぼす影響の検討2020

    • 著者名/発表者名
      濱井 瞭,土屋香織,酒井 進,鈴木 治
    • 学会等名
      日本セラミック協会第33回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 天然高分子との共沈により調節されるリン酸八カルシウム結晶の溶解性とタンパク質吸着挙動2020

    • 著者名/発表者名
      土屋 香織,濱井 瞭,酒井 進,鈴木 治
    • 学会等名
      日本セラミック協会2020年年会(誌上発表)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Dual Effect of Serum Protein Adsorption on Additional Crystal Formation on Octacalcium Phosphate in Supersaturated Condition2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Hamai, Kaori Tsuchiya, Osamu Suzuki
    • 学会等名
      The 19th Asian Bioceramics Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 過飽和溶液中で血清タンパク質が吸着したリン酸八カルシウム表面での新生結晶形成挙動2019

    • 著者名/発表者名
      濱井 瞭,土屋 香織,鈴木 治
    • 学会等名
      第41回日本バイオマテリアル学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] リン酸八カルシウム結晶周囲の化学環境が 血清タンパク質吸着と集積に及ぼす影響の検討2019

    • 著者名/発表者名
      濱井 瞭,土屋 香織,鈴木 治
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会2019 年度秋季大会(第124 回講演大会)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 無機/有機材料の表面処理・改質による生体適合性付与 第6章 リン酸オクタカルシウム(OCP)の骨再生などへの応用2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木 治, 濱井 瞭
    • 総ページ数
      12
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] 再生医療の開発戦略と最新研究事例集2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木 治,濱井 瞭
    • 総ページ数
      420
    • 出版者
      情報技術協会
    • ISBN
      9784861047374
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-08-27   更新日: 2024-03-26  

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