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2021 年度 実績報告書

カーボネイトアパタイトの高い骨伝導能・骨再生能を細胞の分子メカニズムから解明する

研究課題

研究課題/領域番号 21H03139
研究機関徳島大学

研究代表者

宮本 洋二  徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 教授 (20200214)

研究分担者 福田 直志  徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 助教 (10804156)
工藤 景子  徳島大学, 病院, 講師 (70380029)
秋田 和也  徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 助教 (70876028)
栗尾 奈愛  徳島大学, 病院, 講師 (80622141)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードカーボネイトアパタイト / ハイドロキシアパタイト / 骨伝導 / 骨再生
研究実績の概要

本研究課題では,表面粗さや表面形状がほぼ同じハイドロキシアパタイトとカーボネイトアパタイトを作製し,この上で骨芽細胞様細胞(MC3T3-E1細胞)および骨髄幹細胞を培養,遺伝子およびmiRNAの発現変化をマイクロアレイにて解析し、カーボネイトアパタイトの優れた骨伝導、骨新生の分子メカニズムを検索する。
表面粗さや表面形状がほぼ同じで、材質だけが異なるカーボネイトアパタイトとハイドロキシアパタイト試料の作製を試みた。まず炭酸カルシウム粉末を油圧プレス機で一軸加圧成型し、350℃の炭酸ガス循環下で焼結することで炭酸カルシウムディスクを作製した。作製したディスクをリン酸水素ナトリウム水溶液に浸漬することで、溶解析出反応を利用して炭酸アパタイトに組成変換させた。次にハイドロキシアパタイトを同様に一軸加圧成型し、焼結する温度を変化させることで、表面性状を変化させ、カーボネイトアパタイトと表面粗さが同じディスクの作製に成功した。この表面性状が同じディスクを用いて培養実験を行った。直径15mm、厚み1mmのカーボネイトアパタイト、ハイドロキシアパタイトディスク上で骨芽細胞様細胞(MC3T3-E1細胞)を6時間培養した後、Trizol(Invitrogen)によりtotal RNAを回収した。材質の違いによるMC3T3-E1細胞の遺伝子およびmiRNAの発現変化をマイクロアレイ解析している。今後はカーボネイトアパタイトの骨伝導能・骨再生能の分子メカニズムを検索していく。さらに、in vivoでの検証実験と共に、解析を実施する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

表面粗さおよび表面形状がほぼ同じで、材質だけが異なるディスク状試料の作製を試みた。当初はハイドロキシアパタイトディスクを作製し、溶解析出反応を利用して、そのディスク表面にカーボネイトアパタイトを析出、コーティングすることで同形状のディスク作製を検討した。しかし、析出したカーボネイトアパタイト層と元のハイドロキシアパタイト層の表面性状は一致しなかったため、作成方法を変更した。
まずカーボネイトアパタイトディスクを作製し、その表面性状と一致するハイドロキシアパタイトディスクを作製する方法を探索した。炭酸カルシウム粉末を油圧プレス機で一軸加圧成型し、350℃で焼結することで炭酸カルシウムディスクを作製した。作製したディスクをリン酸水素ナトリウム水溶液に浸漬することで、溶解析出反応を利用して炭酸アパタイトに組成変換させた。次にハイドロキシアパタイトを同様に一軸加圧成型し、焼結する温度を変化させることで、表面性状を変化させ、カーボネイトアパタイトと表面粗さがほぼ同じディスクの作製に成功した。
続いて表面性状が同じディスクを用いて培養実験を行った。直径15mm、厚み1mmのカーボネイトアパタイト、ハイドロキシアパタイトディスク上で骨芽細胞様細胞(MC3T3-E1細胞)を6時間培養した後、Trizol(Invitrogen)によりtotal RNAを回収した。材質の違いによるMC3T3-E1細胞の遺伝子およびmiRNAの発現変化をマイクロアレイ解析している。遺伝子発現変化の網羅的解析はtoal RNAを逆転写してcDNAを作製後、Agilent社製mouse cDNAマイクロアレイキットを用い、miRNAの発現変化の解析はAgilent社製mouse miRNAマイクロアレイキットを用いて解析している。また併せて同様の方法でβ-TCPのディスクも作製、培養実験を行い、マイクロアレイ解析を実施中である。

今後の研究の推進方策

発現変化のあった候補遺伝子および候補miRNAを文献的に検索し、miRNAの標的とする遺伝子をTargetSca xnなどの公開データーベースを用いて予測する。さらに、ingenuity pathway analysis(IPA)を用いて生物学的な機能の解釈やネットーワーク/パスウェイ解析を行う。候補遺伝子は、total RNAをTaqMan cDNA Reverse Transcription (RT) Kit(Applied Biosystems)により逆転写し、ABI PRISM 7000 Sequence Detection SystemとTaqMan Gene Expression AssaysによるリアルタイムPCR法にて発現を確認する。候補miRNAは、TaqMan MicroRNA Reverse Transcription (RT) Kit(Applied Biosystems)で逆転写し、ABI PRISM 7000 Sequence Detection SystemとTaqMan MicroRNA AssaysによるリアルタイムPCR法にて発現を確認する。さらに、12、24時間培養した試料の発現も確認する。また、ヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSC-BM)でも解析する。
また、材質だけが異なるカーボネイトアパタイトとハイドロキシアパタイト試料を用いて動物実験を行い、骨伝導能、骨再生能を検証、評価する予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Alveolar ridge preservation in beagle dogs using carbonate apatite bone substitute2022

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Naoyuki、Ishikawa Kunio、Miyamoto Youji
    • 雑誌名

      Ceramics International

      巻: 48 ページ: 1796~1804

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2021.09.260

  • [雑誌論文] 骨補填材としての炭酸アパタイトの現状と今後の展開2021

    • 著者名/発表者名
      宮本洋二,福田直志,秋田和也,工藤景子,栗尾奈愛
    • 雑誌名

      日本顎顔面インプラント学会誌

      巻: 20 ページ: 88-95

  • [雑誌論文] Staged Sinus Floor Elevation Using Novel Low-Crystalline Carbonate Apatite Granules: Prospective Results after 3-Year Functional Loading2021

    • 著者名/発表者名
      Ogino Yoichiro、Ayukawa Yasunori、Tachikawa Noriko、Shimogishi Masahiro、Miyamoto Youji、Kudoh Keiko、Fukuda Naoyuki、Ishikawa Kunio、Koyano Kiyoshi
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 14 ページ: 5760~5760

    • DOI

      10.3390/ma14195760

    • 査読あり
  • [学会発表] マイクロファイバーを用いた多孔質炭酸アパタイトの開発とウサギ頭蓋骨における組織学的評価2021

    • 著者名/発表者名
      秋田和也,福田直志,椋本修平,鎌田久美子,髙丸菜都美,工藤景子,栗尾奈愛,宮本洋二
    • 学会等名
      第75回 NPO法人日本口腔科学会学術集会
  • [学会発表] 嚢胞摘出後の骨欠損を炭酸アパタイト製骨補填材で即時再建した1例2021

    • 著者名/発表者名
      福田直志,髙丸菜都美,秋田和也,椋本修平,工藤景子,宮本洋二
    • 学会等名
      第66回 日本口腔外科学会総会・学術大会
  • [学会発表] 炭酸アパタイト顆粒と魚うろこコラーゲンの複合化による新規骨補填材の開発2021

    • 著者名/発表者名
      工藤景子,福田直志,秋田和也,工藤隆治,椋本修平、髙丸菜都美、栗尾奈愛,鎌田久美子,宮本洋二
    • 学会等名
      第66回 日本口腔外科学会総会・学術大会
  • [学会発表] 炭酸アパタイトハニカムブロックを用いたベニアグラフトの実験的検討2021

    • 著者名/発表者名
      福田直志,秋田和也,髙丸菜都美,工藤景子,宮本洋二
    • 学会等名
      第25回公益社団法人日本顎顔面インプラント学会総会・学術大会
  • [学会発表] 炭酸アパタイト製骨補填材による広範囲骨欠損の即時再建2021

    • 著者名/発表者名
      福田直志,秋田和也,椋本修平,髙丸菜都美,工藤景子,宮本洋二
    • 学会等名
      第51回 公益財団法人日本口腔インプラント学会学術大会
  • [学会発表] 炭酸含有量の異なる多孔質炭酸アパタイト顆粒の開発2021

    • 著者名/発表者名
      秋田和也,福田直志,椋本修平,髙丸菜都美,工藤景子,都留寛治,石川邦夫,宮本洋二
    • 学会等名
      第51回 公益財団法人日本口腔インプラント学会学術大会

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公開日: 2022-12-28  

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