高機能人工骨の創製

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20240043
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鄭 雄一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30345053)
• 研究分担者: 酒井 崇匡 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (70456151)
• キーワード: 生体材料 / トランスレーショナル・リサーチ / 再生医学 / 生理活性

研究概要

1.リン酸カルシウム造形法の研究
平成20年度に引き続き、オーダーメード型人工骨の形状、操作性、分解吸収性、強度の向上に関する研究、及びテトラポッド型微小人工骨の強度と分解吸収性の向上に関する研究を行った。具体的には、平成20年度の結果を再確認するとともに、細かいパラメーターの最適化を行った。
2.生理活性物質の同定と付与方法の研究
20年度に引き続き、バイオセンサーによる骨形成性生理活性物質同定と作用機序の分子生物学的解析、及びリン酸カルシウムに付与する際の最適な送達制御法の解明を行った。具体的には、平成20年度に同定された生理活性物質(特に低分子化合物)に関してより詳細な作用機序を明らかにするとともに、送達方法を最適化した。また、バイオセンサーによるスクリーニングを継続した。
3.動物実験での検証
高機能人工骨の試作:上記1,2の成果を総合して、高機能人工骨の作製に着手した。具体的には、インクジェットプリンターを用いて、生理活性物質であるFGF2およびBMPシグナルとRunx2シグナルを活性化するプラスミドを内包するナノミセルを望みの位置に望みの量噴霧することを試みた。
動物実験による安全性・有効性の証明:C57BL/6マウス頭蓋骨臨界骨欠損(直径5mm)に埋植し、その骨誘導性、生体親和性、免疫反応について血液生化学的、組織学的、放射線学的に評価する。埋植1、2、3週後、1、2、4、6ヶ月後に安楽殺し、血液生化学的検討と埋入部の肉眼的及び放射線学的(X線、CT)評価とともに、組織切片(脱灰及び非脱灰)を作製してHE染色、von Kossa染色、I型コラーゲン・オステオカルシン免疫染色などで骨再生を評価した。マウスでは、FGF2を用いた場合でも、プラスミドを内包するナノミセルを用いた場合でも良好な結果が得られた。これを受けて、ビーグル犬の頭蓋骨欠損(径2cm)に埋植する実験の準備を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Maxillofacial reconstruction using custom-made artificial bones fabricated by inkjet printing technology (2009)
  • 著者名/発表者名: Saijo H, Kanno Y, Igawa K, Mori Y, Kondo K, Shimizu K, Suzuki S, Chikazu D, Iino M, Sasaki N, Anzai M, Chung U, Takato T.
  • 雑誌名: J Artif Organs 12 ページ: 200-205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bone Regeneration Using Collagen Type I Vitrigel with Bone Morphogenetic Protein- (2009)
  • 著者名/発表者名: Zhao J, Shinkai M, Takezawa T, Ohba S, Chung U, Nagamune T.
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng 107 ページ: 318-323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Haematopoietic stem cells depend on Gas-mediated signalling to engraft bone marrov (2009)
  • 著者名/発表者名: Adams GB, Alley IR, Chung U, Chabner KT, Marsters ES, Chen M, Weinstein LS, Kronenberg HM, Scadden DT.
  • 雑誌名: Nature 459 ページ: 103-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bone regeneration within a tailor-made tricalcium phosphate bone implant with both horizontal and vertical cylindrical holes transplanted into the skull of dogs. (2009)
  • 著者名/発表者名: Choi SJ, Lee JI, Igawa K, Sugimori O, Suzuki S, Mochizuki M, Nishimura R, Chung UI, Sasaki N.
  • 雑誌名: J Artif Organs 12 ページ: 274-277
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tissue engineering of bone and cartilage. (2009)
  • 著者名/発表者名: Ohba S, Yano F, Chung U.
  • 雑誌名: IBMS Bone KEy 6 ページ: 405-419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manufacturing of artificial bones using 3D inkjet printing technology. (2009)
  • 著者名/発表者名: Chung U.
  • 雑誌名: Int J Automation Technology 3 ページ: 509-513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selection of highly osteogenic and chondrogenic cells form bone marrow stromal cells in biocompatible polymer-coated plates. (2009)
  • 著者名/発表者名: Liu G, Ogasawara T, Watanabe J, Ishihara K, Asawa K, Chung U, Moro T, Takatori T, Takato T, Nakamura K, Kawaguchi H, Hoshi K.
  • 雑誌名: J Biomed Mater Res A 92A ページ: 1273-1282
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D spheroid culture system on micropatterned substrates for improved differentiation efficiency of multipotent mesenchymal stem cells. (2009)
  • 著者名/発表者名: Wang W, Itaka K, Ohba S, Nishiyama N, Chung U, Yamasaki Y, Kataoka K.
  • 雑誌名: Biomaterials 30 ページ: 2705-2715
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temporal and spatial changes in element distribution in bone and cartilage. (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Igawa K, Ueno H, Yano F, Chung U, Koshima I.
  • 雑誌名: J Orthop Sci 14 ページ: 190-203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of the core element responsive to Runx2 in the promoter of human type X collagen gene. (2009)
  • 著者名/発表者名: Higashikawa A, Saito T, Ikeda T, Kamekura S, Kawamura N, Kan A, Oshima Y, Ohba S, Ogata N, Nakamura K, Chung U, Kawaguchi H.
  • 雑誌名: Arthritis Rheum 60 ページ: 166-178
  • 査読あり
• [雑誌論文] C/EBPss promotes transition from proliferation to hypertrophic differentiation of chondrocytes through transactivation of p57Kip2. (2009)
  • 著者名/発表者名: Hirata M, Kugimiya F, Ohba S, Kawamura N, Ogasawara T, Kawasaki Y, Fukai A, Ikeda T, Nakamura K, Chung UI, Kawaguchi H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 4 ページ: e4543
  • 査読あり
• [学会発表] 三次元造形技術を用いた人工骨の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鄭雄一
  • 学会等名: 第18回日本コンピューター外科学会
  • 発表場所: 東京大学鉄門記念講堂(東京都)
  • 年月日: 2009-11-22
• [学会発表] Signaling factors coordinating chondrogenesis and osteogenesis in endochondral bone development. (2009)
  • 著者名/発表者名: Chung U.
  • 学会等名: The 26th Naito Conference on Osteobiology
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)
  • 年月日: 2009-11-04
• [備考]
  • URL: www.tetrapod.t.u-tokyo.ac.jp
• [産業財産権] 人工骨構成ユニット及び人工骨構成システム (2009)
  • 発明者名: 鄭雄一, 他
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 2009-171665
  • 出願年月日: 2009-07-22