人工関節のための新規生体材料であるカーボンナノチューブ・セラミックス複合体の開発

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18201021
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 齋藤 直人 信州大学, 医学部, 教授 (80283258)
• 研究分担者: 遠藤 守信 信州大学, 工学部, 教授 (10021015) ; 樽田 誠一 信州大学, 工学部, 教授 (00217209) ; 加藤 博之 信州大学, 医学部, 教授 (40204490) ; 堀内 博志 松代総合病院, 整形外科, 部長 (80377639) ; 天正 恵治 信州大学, 医学部, 助教 (20419378) ; 石垣 範雄 信州大学, 医学部附属病院, 助教(診療) (20447725) ; 中村 恒一 信州大学, 医学部附属病院, 助教(特定雇用) (80419382) ; 川久保 洋一 信州大学, 工学部, 教授 (40313829) ; 薄井 雄企 信州大学, 医学部附属病院, 助教(診療) (00467169) ; 青木 薫 信州大学, 医学部附属病院, 医員 (30467170) ; 清水 政幸 信州大学, 医学部附属病院, 医員 (40467171) ; 荻原 伸英 信州大学, 医学部附属病院, 助教(診療) (40447727) ; 原 一生 信州大学, 医学部附属病院, 医員 (00532045)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 生体材料 / カーボンナノチューブ / セラミックス / 複合体 / 人工関節

研究概要

人工関節において現在最も改良が期待されている摺動部材のセラミックスについて、カーボンナノチューブ(CNT)を用いた新規複合体の開発を行った。高分散処理したCNTを高純度アルミナ粉末と混合し、真空焼結とHIP処理の併用やプラズマ焼結することにより複合体を作製した。CNTが均一混合した緻密な複合体が得られ、高強度、高靭性を示した。また、CNTを生体材料として用いる場合に重要な生体適合性を評価し、CNTおよびその複合体は生体親和性が高く、生体材料として有害な事象を示さなかった。

研究成果

• [雑誌論文] Carbon nanotubes: biomaterial applications. (2009)
  • 著者名/発表者名: Saito N, Usui Y, Aoki K, Narita N, Shimizu M, Hara K, Ogiwara N, Nakamura K, Ishigaki N, Kato H, Taruta S, Endo M.
  • 雑誌名: Chem Soc Rev 38(7) ページ: 1897-1903
  • 査読あり
• [雑誌論文] A thin carbon fiber web as a scaffold for bone tissue regeneration. (2009)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Usui Y, Narita N, Ogiwara N, Ishigaki N, Nakamura K, Kato H, Sano K, Ogiwara N, Kametani K, Kim C, Taruta S, Kim YA, Endo M, Saito N.
  • 雑誌名: Small 5(13) ページ: 1540-1546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-walled carbon nanotubes specifically inhibit osteoclast differentiation and function. (2009)
  • 著者名/発表者名: Narita N, Kobayashi Y, Nakamura H, Maeda K, Ishihara A, Mizoguchi T, Usui Y, Aoki K, Shimizu M, Kato H, Ozawa H, Udagawa N, Endo M, Takahashi N, Saito N.
  • 雑誌名: Nano Lett 9(4) ページ: 1406-1413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon nanotubes for biomaterials in contact with bone. (2008)
  • 著者名/発表者名: Saito N, Usui Y, Aoki K, Narita N, Shimizu M, Ogiwara N, Nakamura K, Ishigaki N, Kato H, Taruta S, Endo M.
  • 雑誌名: Curr Med Chem 15(5) ページ: 523-527
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon nanotubes with high bone-tissue compatibility and bone-formation acceleration effect. (2008)
  • 著者名/発表者名: Usui Y, Aoki K, Narita N, Murakami N, Nakamura I, Nakamura K, Ishigaki N, Yamazaki H, Horiuchi H, Kato H, Taruta S, Kim YA, Endo M, Saito N.
  • 雑誌名: Small 4(2) ページ: 240-246
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and mechanical properties of machinable alumina/mica composites. (2006)
  • 著者名/発表者名: Taruta S, Fujisawa R, Kitajima K.
  • 雑誌名: J Eur Ceram Soc 26 ページ: 1687-1693
  • 査読あり
• [学会発表] Carbon nanotubes: Biomaterial applications and safety. (2010)
  • 著者名/発表者名: Saito N.
  • 学会等名: 3rd International Workshop on CNT's Toxicology and Safety
  • 発表場所: Nagano, Japan, (Workshop)
  • 年月日: 2010-02-16
• [学会発表] Carbon Nanotubes Show High Bone Tissue Compatibility. (2009)
  • 著者名/発表者名: Usui Y, Aoki K, Shimizu M, Ogiwara N, Iashigaki N, Nakamura K, Kato H, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: 22nd European Conference on Biomaterials (ESB2009)
  • 発表場所: Lausanne, Switzerland
  • 年月日: 20090907-20090911
• [学会発表] Mechanidal Properties and Bone Tissue Compatibility of Polyethylene / Multi-Walled Carbon Nanotube Composite. (2009)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Hara K, Narita N, Usui Y, Shimizu M, Ogiwara N, Ishigaki N, Nakamura K, Kato H, Todoroki H, Ito I, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: 22nd European Conference on Biomaterials, (ESB2009)
  • 発表場所: Lausanne, Switzerland
  • 年月日: 20090907-20090911
• [学会発表] Biocompatibility of thin carbon fiber web as a scaffold for bone regeneration. (2009)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Usui Y, Hara K, Narita N, Shimizu M, Ogiwara N, Ishigaki N, Nakamura K, Kato H, Taruta S, Kim YA, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: 4th International Conference on Nanotechnology-Occupational and Environmental Health
  • 発表場所: Helsinki, Finland
  • 年月日: 20090826-20090829
• [学会発表] Multi-walled Carbon nanotubes show high bone tissue compatibility. (2009)
  • 著者名/発表者名: Usui Y, Aoki K, Shimizu M, Ogiwara N, Ishigaki N, Nakamura K, Kato H, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: 4th International Conference on Nanotechnology-Occupational and Environmental Health
  • 発表場所: Helsinki, Finland
  • 年月日: 20090826-20090829
• [学会発表] Biocompatibility of carbon nanotubes. (2009)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Usui Y, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: Workshop of the safety assessment of the carbon nanotubes in American National Institute for Occupational Safety and Health, and the Environmental Protection Agency
  • 発表場所: West Virginia, USA
  • 年月日: 20090226-20090227
• [学会発表] Bone Tissue Compatibility of Carbon Nanotubes. (2009)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Usui Y, Hara K, Narita N, Simizu M, Ogiwara N, Nakamura K, Ishigaki N, Kato H, Kim YA, Taruta S, Endo M, Kobayashi Y, Saito N.
  • 学会等名: 2nd International Workshop on CNT's Toxicology and Safety (IWCTS)
  • 発表場所: Nagano(Workshop)
  • 年月日: 2009-06-22
• [学会発表] Multi-walled carbon nanotubes specifically inhibit osteoclast differentiation and function. (2008)
  • 著者名/発表者名: Narita N, Usui Y, Aoki K, Simizu M, Kato H, Saito N, Kobayashi Y, Nakamura H, Maeda K, Ishihara A, Mizoguchi T, Ozawa H, Udagawa N, Takahashi N, Endo M.
  • 学会等名: NanoEurope 2008
  • 発表場所: St. Gallen, Switzerland
  • 年月日: 20080916-20080917
• [学会発表] Multi-walled carbon nanotubes specifically inhibit osteoclast differentiation and function. (2008)
  • 著者名/発表者名: Narita N, Kobayashi Y, Nakamura H, Maeda K, Mizoguchi T, Kato H, Ozawa H, Udagawa N, Endo M, Takahashi N, Saito N.
  • 学会等名: 30th the American Society for Bone and Mineral Research Annual Meeting
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20080912-20080916
• [学会発表] Fabrication of carbon nano-fiber/almina composites by vacuum sintering and hot isostatic pressing. (2008)
  • 著者名/発表者名: Taruta S, Yamaguchi T, Kitajima K, Usui Y, Aoki K, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: Carbon 2008
  • 発表場所: Nagano
  • 年月日: 20080713-20080718
• [学会発表] Multi-walled carbon nanotubes specifically inhibit osteoclast differentiation and function. (2008)
  • 著者名/発表者名: Narita N, Kobayashi Y, Nakamura H, Maeda K, Ishihara A, Mizoguchi T, Usui Y, Aoki K, Simizu M, Kato H, Ozawa H, Udagawa N, Endo M, Takahashi N, Saito N.
  • 学会等名: Carbon 2008
  • 発表場所: Nagano
  • 年月日: 20080713-20080718
• [学会発表] Carbon nanotubes show high bone tissue compatibility and accelerate bone formation. (2008)
  • 著者名/発表者名: Usui Y, Aoki K, Narita N, Nakamura K, Ishigaki N, Kato H, Kim YA, Taruta S, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: Carbon 2008
  • 発表場所: Nagano
  • 年月日: 20080713-20080718
• [学会発表] A thin carbon fiber web as a scaffold for bone tissue regeneration. (2008)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Usui Y, Kato H, Kim YA, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: Carbon 2008
  • 発表場所: Nagano
  • 年月日: 20080713-20080718
• [学会発表] Development of novel carbon fiber sheet as a scaffold for bone regeneration. (2008)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Narita N, Shimizu M, Usui Y, Ogiwara N, Ishigaki N, Nakamura K, Kato H, Kim YA, Taruta S, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: 8th World Biomaterials Congress
  • 発表場所: Amsterdam
  • 年月日: 20080528-20080601
• [学会発表] Carbon nanotube compatibility with Bone Tissue. (2008)
  • 著者名/発表者名: Saito N.
  • 学会等名: INNO. 08
  • 発表場所: Montreal
  • 年月日: 20080421-20080423
• [学会発表] Carbon nanotubes show high bone tissue compatibility. (2007)
  • 著者名/発表者名: Usui Y, Aoki K, Narita N, Murakami N, Nakamura K, Nakamura I, Ishigaki N, Yamazaki H, Horiuchi H, Kato H, Taruta S, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: 6th Combined Meeting of the Orthopaedic Reserch Societies
  • 発表場所: Honolulu
  • 年月日: 20071020-20071024
• [学会発表] Development of novel carbon fiber sheet as a scaffold for bone regeneration. (2007)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Narita N, Usui Y, Ogiwara N, Ishigaki N, Nakamura K, Murakami N, Nakamura I, Kato H, Kim YA, Taruta S, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: 6th Combined Meeting of the Orthopaedic Reserch Societies
  • 発表場所: Honolulu
  • 年月日: 20071020-20071024
• [学会発表] Carbon nanotubes show high bone tissue compatibility and accelerate bone formation in vivo. (2007)
  • 著者名/発表者名: Usui Y, Aoki K, Narita N, Murakami N, Nakamura I, Ishigaki N, Yamazaki H, Horiuchi H, Kato H, Taruta S, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show
  • 発表場所: Santas Clara
  • 年月日: 20070520-20070524
• [学会発表] Development of novel carbon fiber sheet as a scaffold for bone regeneration. (2007)
  • 著者名/発表者名: Aoki K, Narita N, Usui Y, Kato H, Kim YA, Endo M, Saito N.
  • 学会等名: NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show
  • 発表場所: Santas Clara
  • 年月日: 20070520-20070524
• [図書] Thin carbon fiber web that functions as a scaffold for tissue regeneration. In: Columbus NG (ed), Tissue regeneration and repair: procedures, clinical implications and applications, Nova Science Publishers (2010)
  • 著者名/発表者名: Saito N, Aoki K, Usui Y, Shimizu M, Hara K, Narita N, Ogiwara N, Nakamura K, Ishigaki N, Kato H, Hanyiu H, Kim C, Taruta S, Kim YA, Endo M
  • 出版者: Nova Science Publishers, Inc. (in press)
• [図書] Application of carbon nanotubes on scaffolds for bone tissue regeneration. In: Legard V, Schluter R (eds), Bone regeneration: growth factors, augmentation procedures and tissue engineering applications, Nova Science Publishers (2010)
  • 著者名/発表者名: Saito N, Usui Y, Aoki K, Narita N, Shimizu M, Hara K, Ogiwara N, Nakamura K, Ishigaki N, Kato H, Haniu H, Taruta S, Endo M
  • 出版者: Nova Science Publishers, Inc. (in press)
• [図書] New technology for bone tissue regeneration using cytokines and their drug delivery systems. In: Mashkevich BO (ed), Drug delivery research advances, pp227-241, Nova Science Publishers (2007)
  • 著者名/発表者名: Saito N, Murakami N, Takaoka K
  • 出版者: Nova Science Publishers, Inc. (in press)
• [備考] Nature Publishing Group, Asia Materials(平成21年6月29日)
  • URL: http://www.natureasia.com/asia-materials/highlight.php?id=469
• [備考] 信濃毎日新聞(朝刊)平成21年7月8日(1面)掲載
• [備考] 信濃毎日新聞(朝刊)平成20年2月21日(1面)掲載