成長因子担持カーボンナノホーンコーティングチタンインプラントの開発

• 研究課題/領域番号: 23K09245
• 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57050:補綴系歯学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 山本 悟 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (10344524)
• 研究分担者: 横山 敦郎 北海道大学, 歯学研究院, 教授 (20210627) ; 小松原 浩実 北海道大学, 大学病院, 助教 (50221247)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2024年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: カーボンナノホーン / チタンインプラント / 成長因子 / デンタルインプラント

研究開始時の研究の概要

申請者らは、インプラント治療に必須であるオッセオインテグレーションの早期獲得を目的に、炭素原子のみから構成される新素材であるカーボンナノホーンをチタン表面にコーティングを行い、埋入早期の骨形成が促進されることを報告した。しかしながら、骨代謝の低下している高齢者や有病者への対応を考えた場合十分とは言えない。
本研究の目的は、スタチンやFGFなどの化学物質や成長因子を担持したカーボンナノホーンをチタン表面に修飾することにより、インプラント表面でのより早期の骨形成を目指し、上記の表面修飾が骨代謝の低下している有病者に対しても有効であるかを糖尿病モデルラットにて検証することである。

研究実績の概要

デンタルインプラント治療においては、オッセオインテグレーションの早期獲得が求められており、インプラント表面における骨形成促進を目的に、FGFなどの成長因子やスタチンなどの化学物質の応用が研究されている。しかし、これらの物質は単体では生体内で早期に拡散、吸収され、特にインプラント埋入手術においては出血が伴うため、確実にかつ持続的に作用させることが難しい。本研究の目的は、スキャホールドとしてカーボンナノホーンを用い、オッセオインテグレーションの早期獲得のため骨形成を促進するスタチンなどの化学物質やFGFなどの成長因子を担持したカーボンナノホーンによる表面修飾されチタンインプラントを開発する事である。
令和５年度はカーボンナノホーンコーティングチタンインプラントの製作を行った。カーボンナノホーンのチタンスクリューへのコーティングとして、カルボキシル基を付与したカーボンナノホーンを250μg/mLとなるよう無水エタノールに分散し、陽極酸化処理したチタンスクリュー（直径1.7mm、長さ3mm）を対極とともにカーボンナノホーン分散液中に固定し、直流 電源・定電流下にて泳動電着を行い、カーボンナノホーン表面修飾したチタンインプラントを製作した。泳動条件については、電流や時間を変え、螺旋状構造をもチタンスクリューに均一に修飾可能な条件を走査型電子顕微鏡で確認しながら行った。カーボンナノホーンコーティングチタンへの骨形成促進物質の担持として、スタチンをPBS等に溶解し、溶解液にスクリューを浸漬後、凍結乾燥によりスクリュー表面のカーボンナノホーンに担持させた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究課題の進捗が遅れている理由は、スタチンを担持したカーボンナノホーンをコーティングしたチタンスクリューの製作に時間を要した事にある。泳動電着法によるチタンスクリューへのカーボンナノホーンの電着条件の検索では、カーボンナノホーンがチタン表面に均一に堆積する最適な電圧と通電時間の組み合わせを見つけることが難しくかなりの時間を費やした事や、カーボンナノホーンにスタチンを担持させる事がうまくいかず、進捗は遅れる結果となった。

今後の研究の推進方策

令和6年度の実験計画は、動物実験による成長因子を担持したカーボンナノホーンコーティングチタンインプラントの埋入実験であるが、今年度前半はスタチンを担持したカーボンナノホーンコーティングチタンの埋入実験を行い、後半は組織標本製作や組織計量学的検索と並行して他の成長因子を担持したカーボンナノホーンコーティングチタンインプラントの埋入実験を行う予定である。