顆粒結合型炭酸アパタイト人工骨の創製

• 研究課題/領域番号: 21K19914
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分90:人間医工学およびその関連分野
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 石川 邦夫 九州大学, 歯学研究院, 教授 (90202952)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 炭酸アパタイト / 人工骨 / 多孔体 / 連通気孔 / 骨梁 / マイクロ構造 / 骨補填材 / 骨再建 / 硫酸カルシウム / 炭酸カルシウム / 顆粒結合法 / 顆粒結合

研究開始時の研究の概要

骨組成（炭酸アパタイト）人工骨は、典型的な人工骨として臨床応用されている水酸アパタイト人工骨と比較しても圧倒的な骨伝導性を示す。さらに、水酸アパタイト人工骨は新しい骨に置換されないが、炭酸アパタイト人工骨は、骨リモデリングを受け新しい骨に置換される。
人工骨の機能は組成だけでなく、構造にも影響を受ける。特に、海綿骨のような連通構造体は機能向上に著しく大きな影響を及ぼすと考えられる。
本研究においては、ガラスフィルターなどの製造法として知られる顆粒結合法によって連通多孔性炭酸アパタイト人工骨創製の可否およびその有効性を検証する。

研究成果の概要

本研究の目的は、緻密体が形成されるアクリル系バインダーではなく、高い気孔率が期待できるセルロース系バインダーを用い、炭酸アパタイト多孔体を製造できるか否かを検討し、さらに、当該炭酸アパタイト多孔体の組織反応を検討することである。セルロース系バインダーを用いても炭酸アパタイト多孔体が製造できた。
ウサギに埋植すると４週目でも多孔体中央部まで骨形成された。経時的に骨リモデリングによる炭酸アパタイト多孔体の骨置換も確認された。
球の結合によるマクロ気孔は骨形成に極めて重要であるが、球内部のマイクロ気孔の重要性も確認された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超高齢社会を迎え、骨再建術が急増している。自家骨移植（患者自身の骨を採取して骨欠損治療を行う手法）には健全部位への侵襲という重篤な問題があり、自家骨に匹敵する機能を備える人工骨が望まれている。本研究で開発した連通多孔性炭酸アパタイト人工骨は埋植４週目で中央部まで骨形成され、さらに骨リモデリングによって新しい骨に置換される理想的な人工骨となる可能性が高い。また、マクロ気孔構造だけでなく骨梁部のマイクロ構造が骨置換に影響を及ぼすことが明らかになった。本研究成果を基盤とした高機能性炭酸アパタイト骨補填材の開発が期待される。