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2020 年度 実績報告書

細胞応答を操作する機能性ガラス材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K12075
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

小幡 亜希子  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40402656)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード生体材料 / ガラス / 無機イオン / 細胞 / 免疫 / 骨形成
研究実績の概要

本研究課題の目標は、無機イオンによる細胞への活性化効果を最大限に活かすべく、ガラスを活用した材料組成設計と申請者らの独自の技術による形状設計を組合せることで、新しい生体材料を開発することである。身体内にて起こる初期炎症反応から骨形成までの流れを見据え、『免疫系細胞(マクロファージ)→間葉系幹細胞→骨芽細胞』経路で起こる細胞間クロストークに対する無機イオンの影響を検討した。さらに得られた知見をもとにガラス組成を設計し、立体的な綿状繊維構造のゾルゲルガラスの作製を試みた。
7種の無機イオンによるマクロファージ単体への影響について、濃度依存性を考慮しつつ観察した。また、イオンの刺激を受けたマクロファージが産出したサイトカインを含有する培地を用いて間葉系幹細胞を培養することで、マクロファージの反応を介した間葉系幹細胞の骨分化に対するイオンの影響ついて検討した。さらに、マクロファージと間葉系幹細胞の共培養系におけるイオンの影響についても検討した。これらの検討結果より、イオンの種類によってマクロファージ単体の応答性は有意に変化し、さらに間葉系幹細胞の骨分化の進行も変化することがわかった。つまり、マクロファージは生体材料から溶出するイオンに対し、その種類および濃度に依存した特異な応答を示すことが明らかとなった。また、このことが骨形成にまで影響を及ぼす可能性も見出した。
一方で、任意のイオンを含有するゾルゲルガラスの繊維構造体の作製を試みた。シート状から綿状まで様々な繊維構造体の作製に成功し、このとき特に湿度条件が大きく作用を及ぼすことを見出した。体内環境に近い緩衝溶液中において各種イオンの溶出も観察されたことから、細胞に対するイオンの効果を積極的に活用することが可能な生体活性ガラス材料として期待できる。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1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 (3件)

  • [国際共同研究] Imperial College London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Imperial College London
  • [雑誌論文] Electrospun cotton-wool-like silica/gelatin hybrids with covalent coupling2021

    • 著者名/発表者名
      Maria Nelson, Francesca Tallia, Samuel J. Page, John V. Hanna, Yuki Fujita, Akiko Obata, Toshihiro Kasuga, Julian R. Jone
    • 雑誌名

      Journal of Sol-Gel Science and Technology

      巻: 97 ページ: 11-26

    • DOI

      10.1007/s10971-020-05420-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Preparation of Calcium Phosphate-Biodegradable Polymer Composites with Ion-Releasing Ability for Enhancing Bone Formation2021

    • 著者名/発表者名
      Kawai Akari、Matsubara Takashi、Maeda Hirotaka、Obata Akiko、Kasuga Toshihiro
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 62 ページ: 118~123

    • DOI

      10.2320/matertrans.Y-M2020859

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] マクロファージ/幹細胞共培養下における金属イオンの骨形成に対する影響2021

    • 著者名/発表者名
      安江光、李誠鎬、小幡亜希子、春日敏宏
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春期第168回講演大会
  • [学会発表] マクロファージ共培養下における幹細胞の骨分化に対する金属イオンの影響2020

    • 著者名/発表者名
      安江光、李誠鎬、小幡亜希子、春日敏宏
    • 学会等名
      日本金属学会第3回第7分野講演会
  • [学会発表] Ga2O3-SiO2-CaOゾルゲルガラスの作製とイオン溶出挙動調査2020

    • 著者名/発表者名
      犬塚匡哉、Zhao Xingchen、Julian R Jones、小幡亜希子、春日敏宏
    • 学会等名
      2020年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会

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公開日: 2021-12-27  

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