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2019 年度 実施状況報告書

人工関節インプラント周囲骨溶解における破骨細胞誘導機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K10957
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

中村 美穂  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 非常勤講師 (40401385)

研究分担者 山下 仁大  東京医科歯科大学, 歯学部, 非常勤講師 (70174670) [辞退]
堀内 尚紘  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (90598195) [辞退]
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード人工関節 / 骨溶解 / 破骨細胞
研究実績の概要

本研究は、人工関節インプラント周囲の骨溶解メカニズム解明に取り組み、骨溶解防止・治療に役立つマテリアルデザインに応用することを目指す。研究期間内に、異分野融合国際共同研究を実施し、インプラント周囲結合組織における異物反応に関与する細胞と、破骨細胞(骨基質分解)前駆細胞の細胞間コミュニケ―ションを明らかにする。また、人工関節インプラント周囲硬組織の骨質変化、骨質変化と破骨細胞吸収機能の関連性、インプラントの材料学的変化も明らかにする。2019度は、インプラント周囲結合組織の病理組織学的解析の再現性実験を行った。インプラント周囲結合組織の電子顕微鏡解析により、金属磨耗粉のうち100nm以下の微小粒子はルチル型(結晶構造の種類)酸化チタン、500-1000nmサイズの粒子は内部がチタン金属、周辺はアモルファス(非結晶)酸化チタンであることが見出された。病理組織学的解析により、炎症性細胞が集積していることが確認された。金属磨耗粉周囲には、10種類の膜タンパク質染色により特定される炎症系細胞、線維芽細胞が局在することが見出された。また、人工関節周囲の骨溶解機構解明に取り組んだ。その成果として、人工関節周囲の応力遮蔽部位では、炭酸含有アパタイトという骨塩の種類、骨塩中炭酸含有量は変化しないこと、骨量が低下すること、荷重によるピエゾ電気量で示される電気的エネルギ―量が変化すること、骨量および電気的エネルギ-が低下した部位で骨代謝活性が低下することが見出された。

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

2019年度は研究計画のとおり進めることができた。また、研究成果について論文投稿することができた。

今後の研究の推進方策

次年度も研究計画書に従い、研究を進める予定である。具体的には、平成30年度に引き続き、インプラント周囲結合組織由来の線維芽細胞の破骨細胞分化誘導因子分泌能の検討、インプラント摩耗粉を模倣したバイオマテリアル微粒子添加による破骨細胞前駆細胞の破骨細胞分化効率、吸収機能効率、サイトカイン分泌能について検討を行う。また、インプラント周囲硬組織の骨質変化検討実験の再現性実験を行う。

次年度使用額が生じた理由

実験補助者の雇用を予定していたが、別経費の雇用による補助者の労働にてまかなわれたため。次年度の細胞実験用試薬の購入を予定している。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] University of Oulu/Faculty of Medicine/Department of Anatomy and Cell Biology(フィンランド)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      University of Oulu/Faculty of Medicine/Department of Anatomy and Cell Biology
  • [国際共同研究] University of Turku/Faculty of Medicine/Institute of Biomedicine(フィンランド)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      University of Turku/Faculty of Medicine/Institute of Biomedicine
  • [雑誌論文] Enhanced new bone formation in canine maxilla by a graft of electrically polarized β-tricalcium phosphate particles.2020

    • 著者名/発表者名
      Nohara K, Itoh S, Akizuki T, Nakamura M, Matsuura T, Fukuba S, Okada M, Izumi Y, Iwata T, Yamashita K.
    • 雑誌名

      J Biomed Mater Res. Applied Biomaterials B

      巻: 108 ページ: 2820-2826.

    • DOI

      10.1002/jbm.b.34612

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Osteoclasts secrete osteopontin into resorption lacunae during bone resorption.2019

    • 著者名/発表者名
      Luukkonen J, Hilli M, Nakamura M, Ritamo I, Valmu L, Kauppinen K, Tuukkanen J, Lehenkari P.
    • 雑誌名

      Histochem Cell Biol

      巻: 151 ページ: 475-487

    • DOI

      10.1007/s00418-019-01770-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Material and biological studies on ceramic biomaterials for bone regeneration.2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M, Yamashita K.
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Biomedical Engineering
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Artificial Bones for tissue regeneration.2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M
    • 学会等名
      International Forum on Research Promotion 2019.
    • 招待講演
  • [学会発表] Activation of bone cells by piezoelectricity and nanocrystals in bone matrix.2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M
    • 学会等名
      The 13rd Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (Pacrim13)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Finland is a pioneer in gender equality2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M
    • 学会等名
      The 13rd Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (Pacrim13)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A new concept for hydroxyapatite in bone remodeling; the nano structure and response to mechamical strain.2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M
    • 学会等名
      4th International Conference on Innovations in Biomaterials, Biomanufacturing, and Biotechnologies (Bio-4)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Understanding of interactions between cells and polarized bioceramics.2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M
    • 学会等名
      Signaling Biomaterials Research Symposium
    • 招待講演
  • [学会発表] Activation of osteogenic cells by piezoelectricity and nanocrystals in bone matrix.2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M
    • 学会等名
      MRS 2019 Spring Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Artificial Bones for tissue regeneration; Multidisciplinary collaborations between Finland and Japan2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M
    • 学会等名
      JSPS Alumni Meeting in Finland 10-year anniversary ceremony
    • 招待講演
  • [学会発表] Role of material characteristics in regulating bone cell differentiation.2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M, Hentunen T, Salonen J, Yamashita K.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Scandinavian Society for Biomaterials 2019

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公開日: 2021-01-27  

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