早期骨再生を実現するための血管網を有する人工骨の開発

• 研究課題/領域番号: 21K09951
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分57040:口腔再生医学および歯科医用工学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 壷井 莉理子 大阪大学, 歯学研究科, 特任助教(常勤) (20827430)
• 研究分担者: 山口 哲 大阪大学, 歯学研究科, 准教授 (30397773) ; 佐々木 淳一 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (50530490)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 骨補填材 / 人工骨 / 血管内皮細胞 / 生体材料

研究開始時の研究の概要

下顎骨に大きな骨欠損を生じた場合、自家骨を用いた欠損部位の再建が最も一般的な治療法であるが、移植組織の大きさや形態が制限されるという問題がある。そこで、大きな骨欠損に適用可能な機械的強度と骨伝導能を備えた人工骨による再建治療ができれば、より機能的な口腔および顔面形態の回復が可能となる。しかしながら、顎骨再建術に適した人工骨はいまだ存在しない。そこで本研究では、人工骨にあらかじめ血管網を配備することで、早期骨再生が実現するという仮説のもと、下顎骨再建に応用可能な人工骨を創製することを目的とし、連通孔をもつ人工骨と血管内皮細胞を用いて人工骨内部に管腔構造を形成し、その形態と機能の評価を行う。

研究実績の概要

人工骨に血管網を導入するために、まずは連通孔を持つ市販の骨補填材を使用して、三次元細胞培養を行った。市販されているネオボーン（ハイドロキシアパタイト（HAp））を使用し、ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）が人工骨内で管腔構造を形成するために必要な条件を検討した。具体的には、血管内皮細胞増殖因子を含んだ増殖培地 （EGM2-MV）を使用し、HUVECを人工骨上で最長１４日間培養した後に走査型電子顕微鏡を用いて観察した。その結果、培養３日後に人工骨内部に細胞が付着している様子が観察され、培養14日後においても同様に細胞が接着していることが分かった。
続いて、人工骨内に細胞を三次元的に配置するために、人工骨にマトリゲルまたはゼラチンハイドロゲルを浸潤させた状態でHUVECを培養した。マトリゲルを使用した場合は細胞が人工骨内部まで侵入しなかったが、ゼラチンハイドロゲルを浸潤させた試料では人工骨内部において細胞が非接着状態で存在していることが分かった。
上記の検討では、培養期間を延長しても管腔構造の形成が観察できなかったため、本研究の再開後は血小板由来成長因子や線維芽細胞増殖因子を併用することで管腔形成を促す予定である。さらに、生体非吸収性材料であるHApと、生体内で吸収・骨置換される性質をもつβリン酸三カルシウム（β-TCP）を組み合わせることで、より早期の骨再生が可能であると考えられるため、HAp/β-TCP多孔性複合体の作製およびその物性評価も今後行っていく予定である。