| 研究課題/領域番号 |
15K05554
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
久保木 芳徳 北海道大学, その他部局等, 名誉教授 (00014001)
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| 研究分担者 |
田中 俊逸 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 教授 (30142194)
戸倉 清一 北海道大学, その他部局等, 名誉教授 (40000806)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 人工歯根 / 人工関節 / チタン / 骨形成 / インプラント / 合成蛋白 |
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| 研究実績の概要 |
金属であるチタンが生きた骨と強固に結合するという現象は，1950年代にBronemark によって偶然発見されて以来，広く人工関節，人工歯根，人工骨に臨床応用されている。しかし、その欠点の一つに、骨内定着までに時間がかかる点がある。この問題の解明には、チタンと骨の結合の根幹にある生化学的機構の解明が必要でるが,その詳細は長い間未解決であった。
私たちは、チタンと生きた骨の結合には、まず、チタン上に力学的に強固に結合した骨が形成されることが基本過程であることに気付き、そのために機能するリン蛋白（インプラント蛋白）を発見し、強い結合形成の新しいメカニズムを提案した。この蛋白質（4種あるが主なものは、象牙質マトリックス蛋白質-1 (DMP-1）を遺伝子的または化学合成して、チタン人工歯根・人工関節にコートすれば、早期定着が可能になるわけである。しかし、分子量数万のDMP-1の全合成は、かなりの費用を伴う。そこでDMP-1の主要活性部分、すなわちチタンと結合する複数のリン酸基配列を含む高分子と、細胞接着配列RGDを持ったペプチドを縮合して「人工インプラント蛋白」を合成し、その有効性確認と実用化を目指した。
先ず、免疫性のない生体高分子、キチンをリン酸化することに成功し、チタンとの結合、石灰化能の亢進を確認することができた。そこで、このP-キチンにRGD細胞接着蛋白を結合する事が、次のステップあった。ところが、その前に、P-キチンそのものにも、骨誘導能があるかと考え、P-キチンをチタン・デバイス（Zellez）にコートして、ラットの頭蓋骨に埋植したところ、2週後に、対照と比べて有為の骨形成量の増加を確認した。すなわち、チタンに結合したP-キチンが、チタンのみよりも骨形成を増大するという現象を発見したわけである。この事実の発見は、きわめて臨床応用の価値は大きいと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初は、キチンをリン酸化しただけでは、骨形成の増大はないと考えていたが、その予想を上回って、リン酸化キチン（P-キチン）そのものに骨形成増大能があることを発見した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今回、リン酸化キチン（P-キチン）そのものに骨形成増大能があることを発見した。それだけでも、実用性はあると考えられるが、さらに最初の計画通り、P-キチンに接着配列ペプチドを縮合すれば、より強力な骨増成能が得られると予想される。したかって、P-キチンの骨形成能を細胞培養系でさらに追及すると同時に、以下の人工タンパク質の合成と活性検定を続行する。
① 各種細胞接着ペプチドを合成し、これをP-キチンに縮合して人工タンパク質を合成する。
② 接着ペプチドを、P-キチン以外のリン酸基を有する高分子（例えばリン酸化したコラーゲン、フォスビチンなど）に縮合する。
③ 創製した人工タンパク質を、動物実験と、細胞培養実験とで検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度内には、キチンのリン酸化の最適条件の選定という化学反応の実験が比較的難航し、この点を集中して行った。この化学反応実験は、比較的費用が掛からずにすんだ。しかし、一旦、リン酸化の条件が確立すると、その後の実験は順調に進むと予想される。
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| 次年度使用額の使用計画 |
本年度までに確立できたリン酸化の条件によって、数種のリン酸化高分子を創製し、それらを、①細胞接着ペプチドと縮合すること（人工タンパク質の合成）、②創製した人工タンパク質の活性を動物実験と細胞培養の両面から検定すること。これら2点を次年度以降に集中して行う計画である。動物実験も細胞培養実験も費用が嵩むため、本年度に残った分を合わせて、次年度分として請求する予定である。
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