2022 Fiscal Year Annual Research Report
"Materials Science of Anisotropy" for induction of bone tissue anisotropy
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18H05254
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中野 貴由 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30243182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂井 孝司 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (00444539)
岡田 誠司 大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (30448435)
萩原 幸司 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10346182)
松本 卓也 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (40324793)
當代 光陽 新居浜工業高等専門学校, 環境材料工学科, 准教授 (10610800)
石本 卓也 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 教授 (50508835)
丸川 恵理子 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (40419263)
山本 まりこ (河井まりこ) 関西女子短期大学, その他部局等, 教授 (40379839)
福田 英次 弓削商船高等専門学校, 電子機械工学科, 准教授 (30536553)
村瀬 剛 大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任准教授 (50335361)
松垣 あいら 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10592529)
李 誠鎬 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20850001)
小笹 良輔 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (80845347)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 異方性の材料科学 / 金属3Dプリンタ / インプラント / 骨異方性 / 細胞間相互作用 / オステオカルシン / アパタイト / コラーゲン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨異方性誘導のための「異方性の材料科学」の構築に向け、材料工学・生物科学両者の融合的視点からの取り組みを進めてきた。最終年度である本年度は、ここまでの進捗で見出した骨配向化制御因子のタンパク徐放システムや遺伝子導入技術を確立した。さらに本研究課題で見出した世界初の生体用ハイエントロピー合金の高付加価値化とその機序解明に取り組み、以下の具体的成果を得た。これら知見に基づき、新学理「異方性の材料科学」構築を達成した。
（Ａ）骨配向化を決定する遺伝子・タンパク pathway の制御：昨年度までに同定した、OCNが関与するコラーゲンーアパタイト結晶方位関係の制御機序について、次世代シーケンシング・遺伝子解析を用いて配向化制御機構を明らかにした。加えて、脂質分子を用いて配向化制御タンパク徐放システムや遺伝子導入法を確立した。
（Ｂ）外場を用いた細胞制御による骨配向化制御：これまでに確立した骨系細胞（骨芽細胞、破骨細胞、オステオサイト）を含む異種細胞間共培養モデルを駆使し、疾患や応力状態による配向性異常の機序解明に取り組んだ。オステオサイトが流体加速度を感知することで骨芽細胞との相互作用を介して骨配向化を制御する仕組みを発見した。
（Ｃ）前年度までに達成した世界初の生体用ハイエントロピー合金創製について、金属3Dプリンタを駆使した更なる高付加価値化とその制御因子解明に取り組んだ。生体用HEA超急冷バルク体は鋳造材よりも接着細胞の面積を有意に増加させることを見出した。すなわち、金属3Dプリンタを駆使した完全固溶化により細胞接着性を向上する新たな「材料－細胞」間現象を発見した。本成果により、レーザ金属3Dプリンタによる超急冷が多元素単相固溶体として生体用HEAの高機能化を導くこと、さらにそのメカニズムを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] PREFACE, Special Issue on Recent Research and Development in the Processing, Microstructure, and Properties of Titanium and Its Alloys2023
Author(s)
Mitsuo Niinomi, Masahiko Ikeda, Yoko Yamabe-Mitarai, Hideki Hosoda, Takuya Ishimoto, Sengo Kobayashi, Takao Hanawa, Takayuki Narushima, Takayoshi Nakano
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Journal Title
Materials Transactions
Volume: 64
Pages: 1
DOI
Peer Reviewed
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