2020 Fiscal Year Annual Research Report
高強度・低弾性率と骨結合能を併せ持つ全非金属人工骨の創製と生体機能発現機構の解明
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19H02442
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
薮塚 武史 京都大学, エネルギー科学研究科, 講師 (20574015)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高井 茂臣 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (10260655)
藤林 俊介 京都大学, 医学研究科, 特定教授 (30362502)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 炭素繊維強化PEEK / 生体活性 / 骨結合能 / アパタイト核 / 動物実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度に材料プロセスの最適化が概ね完了したため、２年目においては動物実験による骨形成評価に着手した。しかし、処理後の材料の表面状態や骨結合能にばらつきが見られたため、材料プロセスへのフィードバックを行い、材料プロセスの最適化に再度着手した。
アパタイト核処理に用いる反応溶液として、リン酸水素二カリウム三水和物、塩化マグネシウム六水和物、塩化カルシウムを純水に溶解し、塩酸とトリスヒドロキシメチルアミノメタンを用いてpH=8.2, 25.0℃に調整した溶液を新たに使用した。この溶液をmodified-SBFを称する。炭素繊維強化PEEKサンプルに硫酸処理、酸素プラズマ処理を行った後、modified-SBFに浸漬する処理をおこない、炭素繊維強化PEEK表面近傍にアパタイト核を析出させた。
得られた材料表面におけるアパタイト形成能を擬似体液（SBF）を用いて評価した。薄膜X線回折測定、走査型電子顕微鏡観察、エネルギー分散型X線分析、フーリエ変換赤外分光分析により材料表面を調べたところ、SBF浸漬１日以内でアパタイトが形成され、高いアパタイト形成能が得られたことがわかった。さらにこのアパタイト形成能の再現性は、アパタイト核処理に用いる反応溶液としてSBFを用いたときと比較して、m-SBFを用いる条件のほうが再現性が高いことが示唆された。
一連の処理により得られた生体活性炭素繊維強化PEEK表面における細胞生存性試験を行ったところ、一連の処理後においても細胞毒性は認められなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
材料プロセスの最適化を再度行い、細胞生存性試験と併行して骨結合能評価にも着手しており、骨結合能に関して概ね再現性の高い結果が得られつつあるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
生体活性付与条件の最適化が概ね完了したため、ナノレベルでの材料界面性状を詳細に明らかにしていく。材料解析には、X線光電子分光光度計、走査型プローブ顕微鏡を用いる。
材料の生体内での骨結合能を引き続き評価するため、生体活性炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトンを日本白色家兎の脛骨に埋入する。力学試験により骨と材料との接着強度を評価する。組織学的評価により骨と材料との接触率を評価し、X線マイクロCTによる放射線学的検討も行う。さらに、材料表面における骨形成に関与するタンパクの遺伝子レベルでの活性をin vitro試験で評価する。X線光電子分光光度計、走査型プローブ顕微鏡、接触角計等を用いて明らかとなるナノ界面レベルでの表面性状との相関を考察するとともに、動物実験における骨形成との相関も解明していく。
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