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2015 年度 実施状況報告書

チタンインプラント表面微細構造化による周囲骨質とリモデリングの最適化

研究課題

研究課題/領域番号 15K11222
研究機関昭和大学

研究代表者

柴田 陽  昭和大学, 歯学部, 講師 (30327936)

研究分担者 鈴木 大  昭和大学, 歯学部, 助教 (00585797)
宮崎 隆  昭和大学, 歯学部, 教授 (40175617)
谷本 安浩  日本大学, 歯学部, 准教授 (40312045)
美島 健二  昭和大学, 歯学部, 教授 (50275343)
山田 篤  昭和大学, 歯学部, 講師 (50407558)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードチタン / インプラント / 適応的リモデリング
研究実績の概要

1MのH2SO4, Na2SO4, Na2HPO4溶液中で放電陽極酸化チタンX線回折,X線光電子分光で表面分析した.特に,ヒドロキシラジカル発生量をZnイオンのキレート反応と,酸素の結合エネルギーシフトによって定性・定量することが可能になった.ddYマウスの頭蓋骨から採取した骨芽細胞をチタン試料表面で培養し培養骨芽細胞のmRNA発現量をリアルタイムPCRで定量すると同時に,in vitroでチタン試料表面に析出した石灰化組織を,ナノインデンターやレーザーラマン分光法を用いて分析した.その結果,Na2HPO4溶液中で放電陽極酸化処理したチタン表面はラジカルとその分解産物である親水性官能基が発生し,細胞接着性と分化の向上が見られた.表面の水酸化ラジカルは,細胞外マトリクスであるコラーゲンのリジン残基を切断し,架橋構造を促進させる.このため,in vitroでも骨用石灰化物の力学的特性が上昇した.また放電陽極酸化チタン表面に析出した石灰化物の弾性係数は,ddYマウス皮質骨の弾性係数と比べても有意に高い.本処理をチタンインプラントに用いた場合,弾性係数の高い周囲組織の再生が見込まれるため,従来のものよりも局所の応力集中を回避することができると考えられる.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通り,in vitroで細胞培養した試料上に析出する石灰化物の物理化学的あるいは質的評価を顕微ラマン分光およびAFMナノインデンターにより検証することができた.高分解能のラマン分光法により,サンプル表面の石灰化物から検出したアミド結合に帰属するピークを微分することにより,有機成分であるコラーゲン分子の架橋結合を定量化する.またナノインデンテーション法では,準静的試験および動的試験を用いることにより,貯蔵弾性係数と粘弾性の測定が可能である.このため再生石灰化組織に求められる剛性と耐久性評価ができるようになった.

今後の研究の推進方策

ラットの大腿骨に埋入できるボーンチャンバー(ミニインプラント)を作成し,放電陽極酸化および未処理の試料を埋入する.チャンバー無いに再生される新生骨の物理化学的特性をレーザーラマン分光法およびナノインデンテーションにより測定する.

次年度使用額が生じた理由

当初想定していたよりも研究成果が順調に得られ,国際的に権威のある学会発表を行った.また,生体材料周囲に生じる再生組織の質的評価は国際的には競争が激しく,速報性が求められるため,予定よりも多くの論文発表が必要になった.成果発表に重点が置かれたことから,消耗品金額は予定よりも少なくなった.次年度の消耗品金額はしたがって計画よりも大きくなると考えられる.

次年度使用額の使用計画

次年度は動物実験に移行し,長期経過を追及することから飼育費が発生する.さらに組織切片を作成するため必要な試薬,器具などこれら実験がルーティンに稼動した場合の最低限必要な予算を算出した.また本実験から得られるデータは学術的にも価値の非常に高
いものとなることが予測されるため,国際学会発表や国際学術誌などの投稿が必要であると考えられる.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Melbourne(Australia)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      University of Melbourne
  • [国際共同研究] University of Otago(New Zealand)

    • 国名
      ニュージーランド
    • 外国機関名
      University of Otago
  • [雑誌論文] Surface topography, hardness, and frictional properties of GFRP for esthetic orthodontic wires.2016

    • 著者名/発表者名
      Inami T., Tanimoto Y., Yamaguchi M., Shibata Y., Nishiyama N., Kasai K.
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials

      巻: 104 ページ: 88-95

    • DOI

      10.1002/jbm.b.33372

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Histomorphometric and histologic evaluation of titanium-zirconium (aTiZr) implants with anodized surfaces.2016

    • 著者名/発表者名
      6.Sharma A., McQuillan A.J., Shibata Y., Sharma L.A., Waddell J.N., Duncan W.J.
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science: Materials in Medicine

      巻: 27 ページ: 86

    • DOI

      10.1007/s10856-016-5695-4

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spark anodization of titanium-zirconium alloy: surface characterization and bioactivity assessment.2015

    • 著者名/発表者名
      8.Sharma A., McQuillan A.J., Sharma L.A., Waddell J.N., Shibata Y., Duncan W.J.
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science: Materials in Medicine

      巻: 26 ページ: 221

    • DOI

      10.1007/s10856-015-5555-7

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Bone aging by advanced glycation end products: multi-scale mechanical analysis.2015

    • 著者名/発表者名
      9.Ganeko K., Masaki C., Shibata Y., Kondo Y., Mukaibo T., Nakamoto T., Miyazaki T., Hosokawa R.
    • 雑誌名

      Journal of Dental Research

      巻: 94 ページ: 1684-1690

    • DOI

      10.1177/0022034515602214

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A review of improved fixation methods for dental implants. Part I: Surface optimization for rapid osseointegration.2015

    • 著者名/発表者名
      Shibata Y., Tanimoto Y.
    • 雑誌名

      Journal of Prosthodontic Research

      巻: 59 ページ: 20-33

    • DOI

      10.1016/j.jpor.2014.11.007

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A review of improved fixation methods for dental implants. Part II: Biomechanical integrity at bone–implant interface.2015

    • 著者名/発表者名
      Shibata Y., Tanimoto Y., Maruyama N., Nagakura M.
    • 雑誌名

      Journal of Prosthodontic Research

      巻: 59 ページ: 84-95

    • DOI

      10.1016/j.jpor.2015.01.003

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Bone micro-mechanical properties related to mimetic aging processes2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibata, N. Maruyama, Y. Tanimoto, K. Maki, and T. Miyazaki
    • 学会等名
      6th International Conference on the Mechanics of Biomaterials and Tissues
    • 発表場所
      USA, Hawaii
    • 年月日
      2015-12-06 – 2015-12-10
    • 国際学会
  • [学会発表] セルフエッチングプライマーによる樹脂含浸層の力学的特性2015

    • 著者名/発表者名
      周 君,田中 玲奈,柴田 陽,宮﨑 隆
    • 学会等名
      第66回日本歯科理工学会学術講演会
    • 発表場所
      千葉,船堀
    • 年月日
      2015-10-03 – 2015-10-04
  • [学会発表] α-klotho遺伝子欠損マウスをモデルとした老化による皮質骨の物理的特性2015

    • 著者名/発表者名
      丸山範子,柴田 陽,宮﨑 ,宮﨑 隆,槇宏太郎
    • 学会等名
      第66回日本歯科理工学会学術講演会
    • 発表場所
      千葉,船堀
    • 年月日
      2015-10-03 – 2015-10-04
  • [学会発表] ナノインデンテーション法による漂白エナメル質の物性解析2015

    • 著者名/発表者名
      田中玲奈,柴田 陽,糸瀬明希 ,宮﨑 隆
    • 学会等名
      第66回日本歯科理工学会学術講演会
    • 発表場所
      千葉,船堀
    • 年月日
      2015-10-03 – 2015-10-04
  • [備考] Goole Scholar Citation

    • URL

      http://scholar.google.co.jp/citations?hl=ja&user=IZMDGX0AAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate

  • [備考] Researcher ID

    • URL

      http://www.researcherid.com/rid/C-7466-2009

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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