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2018 年度 実施状況報告書

非酸化物セラミックにおける骨伝導性および骨誘導性に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K01389
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

PEZZOTTI G.  京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (70262962)

研究分担者 松田 修  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00271164)
山本 俊郎  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40347472)
足立 哲也  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (10613573)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード窒化ケイ素 / ラマン分光法 / 骨伝導 / 骨誘導 / Slicon nitride / 非酸化物セラミック / バイオセラミックス
研究実績の概要

日本が迎える超高齢化社会において、再生力や免疫力が低下した有病者や高齢者に対し、人工関節置換術を確実に行うには、高い骨伝導性と抗菌性を有するインプラント材料を使用することが望ましい。しかしながら、既存のインプラント材料はこれらの要件を十分に満たしているとは言い難いのが現状である。
我々は、優れた機械的性質と生体親和性を有する非酸化物セラミック窒化ケイ素(Si3N4:Slicon nitride シリコンナイトライド)が、表皮ブドウ球菌や歯周病菌に対し抗菌性を有することを報告した。しかしながら、これまで窒化ケイ素が骨原生細胞に与える影響についての基礎的な研究は、あまり行われてこなかった。以上のことを踏まえ、本研究は、in vitroやin vivoの系において、窒化ケイ素が骨芽細胞や間葉系幹細胞に効率的に与える影響を明らかにし、窒化ケイ素が次世代の人工関節デバイスになり得るか検討する。平成29年度は、in vitroの系において窒化ケイ素(バルク)の骨誘導能がチタンよりも優れていることが明らかとなった。窒化ケイ素上で培養した間葉系幹細胞株は、チタン基板よりも多くの成長因子インスリン様成長因子 (IGF-1)と骨マトリックスタンパク質Gla型オカルシンを産生した。平成30年度は、窒化ケイ素とPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)を複合化することで骨伝導性と抗菌性を担持させることに成功している。

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

これまでに申請者は、窒化ケイ素はチタン以上の骨誘導能を有することを明らかにした。また、生物活性を持たないPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)と窒化ケイ素を複合化することで、PEEKに骨伝導性と抗菌性を担持させることに成功した。

今後の研究の推進方策

in vitroの系において、窒化ケイ素はチタン以上の骨誘導能・骨伝導を有することが明らかとなった。今後は、実験動物(ラットかラビット)に窒化ケイ素インプラントを移植し、in vivoの系における窒化ケイ素の骨伝導能と骨誘導能を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

実験機器の消耗品であるレーザーの寿命による交換時期を考え資金計画を行った為

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 6件、 査読あり 7件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ミズーリ大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ミズーリ大学
  • [国際共同研究] トリノ工科大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      トリノ工科大学
  • [雑誌論文] Monitoring metabolic reactions in Staphylococcus epidermidis exposed to silicon nitride using in situ time-lapse Raman spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Boschetto Francesco、Adachi Tetsuya、Horiguchi Satoshi、Fainozzi Danny
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Optics

      巻: 23 ページ: 1~1

    • DOI

      10.1117/1.JBO.23.5.056002

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In vitro antibacterial activity of oxide and non-oxide bioceramics for arthroplastic devices: I. In situ time-lapse Raman spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Pezzotti Giuseppe、Bock Ryan M.、McEntire Bryan J.、Adachi Tetsuya、Marin Elia、Boschetto Francesco、Zhu Wenliang、Mazda Osam、Bal Sonny B.
    • 雑誌名

      The Analyst

      巻: 143 ページ: 3708~3721

    • DOI

      10.1039/c8an00233a

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In vitro antibacterial activity of oxide and non-oxide bioceramics for arthroplastic devices: II. Fourier transform infrared spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Boschetto Francesco、Toyama Nami、Horiguchi Satoshi、Bock Ryan M.、McEntire Bryan J.、Adachi Tetsuya、Marin Elia、Zhu Wenliang、Mazda Osam、Bal B. Sonny、Pezzotti Giuseppe
    • 雑誌名

      The Analyst

      巻: 143 ページ: 2128~2140

    • DOI

      10.1039/c8an00234g

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Incorporating Si3N4 into PEEK to Produce Antibacterial, Osteocondutive, and Radiolucent Spinal Implants2018

    • 著者名/発表者名
      Pezzotti Giuseppe、Marin Elia、Adachi Tetsuya、Lerussi Federica、Rondinella Alfredo、Boschetto Francesco、Zhu Wenliang、Kitajima Takashi、Inada Kosuke、McEntire Bryan J.、Bock Ryan M.、Bal B. Sonny、Mazda Osam
    • 雑誌名

      Macromolecular Bioscience

      巻: 18 ページ: 1800033~1800033

    • DOI

      10.1002/mabi.201800033

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Label-Free SERS Discrimination and In Situ Analysis of Life Cycle in Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis2018

    • 著者名/発表者名
      Paccotti Niccolo、Boschetto Francesco、Horiguchi Satoshi、Marin Elia、Chiado Alessandro、Novara Chiara、Geobaldo Francesco、Giorgis Fabrizio、Pezzotti Giuseppe
    • 雑誌名

      Biosensors

      巻: 8 ページ: 131~131

    • DOI

      10.3390/bios8040131

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Degradation phenomena occurring in the conical taper of a short-term retrieved ZTA femoral head: A case study2018

    • 著者名/発表者名
      Rondinella A.、Marin E.、Boschetto F.、Zanocco M.、Zhu W.、Affatato S.、Yamamoto K.、Tateiwa T.、Pezzotti G.
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 157 ページ: 362~370

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2018.07.056

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biological response of human osteosarcoma cells to Si3N4-doped Bioglasses2018

    • 著者名/発表者名
      Marin Elia、Adachi Tetsuya、Boschetto Francesco、Zanocco Matteo、Rondinella Alfredo、Zhu Wenliang、Bock Ryan、McEntire Bryan、Bal Sonny B.、Pezzotti Giuseppe
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 159 ページ: 79~89

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2018.08.020

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] バイオセラミックスにおける抗菌性について2019

    • 著者名/発表者名
      Giuseppe Pezzotti
    • 学会等名
      第49回日本人工関節学会
    • 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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