自己再生能力を持つ配向性ナノアパタイト材料の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15686029
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中野 貴由 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30243182)
• Keywords: アパタイト結晶 / 微小領域X線回析法 / 配向性 / 自己組織化反応 / 骨再生 / 結晶性 / 骨髄骨 / 再生医工学

Research Abstract

生体硬組織欠損部の早期修復、完全再建のためには、生体組織にナノ構造や機能が類似し、リモデリングサイクルに取り込まれることにより、自己再生能力を発揮するような、画期的な新材料の開発が不可欠である。生体内の硬組織は、コラーゲン線維の周りに、数ナノオーダーのアパタイト結晶がナノレベルで規則配列した、生体特有の複合的機能を持つ構造材料であることから、硬組織の早期再生を促すためには、新材料に対し、アパタイト/コラーゲンの配向性を付与することが一つの方策である。そこで本年度は、熱処理、ならびに湿式法により、アパタイトセラミックス材料、ならびにナノアパタイト/コラーゲン複合材料に対し、配向性を付与する技術を開発するとともに、ウズラ骨髄骨を用いて、生体硬組織そのものの配向化過程を調査した。さらに来年度からの本格的なin vivo実験に備えて、動物飼育施設の設置を行った。
生体由来の硬組織を利用することで、配向性アパタイトセラミックス材料の作製が可能であり、熱処理温度の制御により、アパタイトを高配向化することが可能となった。こうして作製された一軸配向性アパタイトセラミックスは、予備的に行ったin vitroの細胞分化実験により、強い結晶方位異方性が明らかになり、基板材料としての可能性が示唆された。さらに、生体由来の配向性コラーゲン上に交互浸せき法を施すことで、配向性アパタイト/コラーゲン複合体の合成に成功した。これはアパタイトの自己組織化現象を利用したもので、一軸配向性アパタイトセラミックスに比べ、生体に近い結晶子サイズが実現された。以上の新たに合成された配向化材料は、微小領域X線回折法を用いた結晶学的な解析により、配向性、結晶性が定量的に評価された。さらに、ウズラ骨髄骨への結晶学的なアプローチにより、生体アパタイトの配向化のための最重要支配因子が負荷応力であることを証明した。

Research Products

• [Publications] T.Nakano, W.Fujitani, Y.Umakoshi: "Synthesis of apatite ceramics with preferential crystal orientation"Materials Science Forum. (in press). (2004)
• [Publications] 中野貴由, 馬越佑吉, 田畑泰彦, 山本敏男: "材料科学の立場から見た生体硬組織"特別公開シンポジウム資料「医療・介護福祉材料としての軽金属の現状と展望」(軽金属学会). 17-24 (2003)
• [Publications] 中野貴由, 馬越佑吉, 田畑泰彦, 山本敏男ら: "生体硬組織への結晶学的アプローチ-微小領域X線回析法ならびにSPring-8放射光施設によって-"Boundary. 19・9. 16-20 (2003)