ポリエチレンテレフタレートに骨伝導性を付与する挑戦

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K19928
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 石川 邦夫 九州大学, 歯学研究院, 教授 (90202952)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 骨伝導性 / ポリマー / ポリエチレンテレフタレート / リン酸基修飾

研究実績の概要

高分子材料は柔軟性等に優れるが、骨伝導性（骨に接して材料を埋入した際に、骨が材料表面と直接結合する性質）を示す高分子材料は存在しない。表面修飾によって、任意の高分子材料に骨伝導性を付与できるようになれば、臨床医学等への貢献は極めて大きい。また、骨伝導性を示さない材料への骨伝導性の付与は「骨伝導性機序の解明」につながり、「材料と生体との関わり」を解明する鍵の一つになるとも考えられる。
研究者は、脊椎ケージとして臨床応用されているポリエーテルエーテルケトン表面をリン酸基修飾すると、骨伝導性を示さないポリエーテルエーテルケトンに骨伝導性が付与されることを見出した。本研究においては、人工腱などで臨床応用されているポリエチレンテレフタレートへの骨伝導性の付与を検討する。ポリエーテルエーテルケトン同様にポリエチレンテレフタレートも直接リン酸化することは不可能である。
そのため、ポリエチレンテレフタレート表面のケトン基を還元して水酸基を形成し、さらに水酸基をリン酸化する手法によってリン酸基修飾ポリエチレンテレフタレートが調製できるか否かを検討する。また、リン酸基修飾ポリエチレンテレフタレートが調製できた場合にはリン酸基修飾ポリエチレンテレフタレートおよびリン酸基修飾していないポリエチレンテレフタレート表面で骨芽細胞を培養して、骨伝導性に関係する細胞特性を評価する予定である。
本年度は研究計画の初年度として、はポリエチレンテレフタレート表面のリン酸基修飾に関する検討を行った。

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

本年は研究計画の初年度であり、ポリエチレンテレフタレート表面のリン酸基修飾に関する検討を行った。ポリエチレンテレフタレート自体にはリン酸基と直接反応する官能基が存在しないため、ＰＥＴのケトン基を還元して水酸基とする検討を行った。その結果、水素化ホウ素ナトリウムを用いるとケトン基を還元させて水酸基を形成できることが明らかになった。ケトン基の還元および水酸基の形成はXPSで確認した。
次に、水酸基を利用してＰＥＴ表面にリン酸基を修飾する検討を行った。水酸基形成後のポリエチレンテレフタレートを６０℃の塩化ホスホリル－トリエチルアミン－ジクロロメタン混合溶液に２４時間浸漬すると、リン酸基が結合されることが確認された。
すなわち、ポリエチレンテレフタレート表面にリン酸基修飾を行う手法が確立できた。

今後の研究の推進方策

本年度の研究の結果、ポリエチレンテレフタレート表面にリン酸基修飾を行う手法が確立できた。今後は、予定通り、リン酸基修飾ポリエチレンテレフタレートが骨伝導性を獲得しているかどうかを、骨芽細胞を用いて細胞レベルで評価を行う。試料としてはリン酸基修飾ポリエチレンテレフタレート、対照としてはリン酸基修飾をしていないポリエチレンテレフタレートを用いる。骨芽細胞は近交系ラットの大腿骨から骨髄細胞の細胞懸濁液を調製し、骨芽細胞様細胞に分化させて調製させる予定であるが、セルラインの使用も検討する。
試料表面に細胞懸濁液を播種し、培地中で一定期間培養する。骨芽細胞の初期接着性、細胞増殖、細胞分化マーカーを測定し、リン酸基修飾による骨伝導性付与の可能性を細胞レベルで評価する。

次年度使用額が生じた理由

当初はポリエチレンテレフタレート表面のリン酸基修飾に相当の費用と時間がかかると予測していたが、計画が順調に進行し、また、研究室にある薬品やガラス器具等を使用することで使用額を節約できた。次年度に行う骨芽細胞を用いた骨伝導性に関する因子の検討においては相当の研究経費が想定されるため、節約できた研究経費については次年度の研究経費に充当する。このことによって細胞を用いた実験の回数の増大等が期待され、研究結果の精度の向上などが期待できる。