2022 Fiscal Year Annual Research Report
Biomedical application of fish collagen: Development of the bone-mimetic collagen-fibril coating on the titan-made bone implant
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21H04731
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
都木 靖彰 北海道大学, 水産科学研究院, 教授 (10212002)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浦 和寛 北海道大学, 水産科学研究院, 准教授 (90360940)
東藤 正浩 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10314402)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | コラーゲン線維コーティング / 再生医療チタン材料 / 表面加工 / 骨誘導 / 水産廃棄物利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(a) 骨ミメティック構造の創出： 2021年度に創出した方法を改良し，石灰化誘起溶液のCa・Pi濃度を再調整し，細胞培養ウェル底面に一様に石灰化したコラーゲン線維層をコーティングすることに成功した．X線回折（XRD）解析ではヒドロキシアパタイト（HA）結晶のピークが観察され，生体骨同様にHA結晶が沈着していることが証明された．ただし，そのCa/P比は約1.4で，HA結晶の理論値（1.67）より低く，HA以外の結晶体を少量含むと予想された．
（b）チタン材料表面への骨ミメティックコート技術の開発： Yabutsuka (2020)を参考として，チタン材料表面にHA結晶をコーティングした．その結果，アルカリSBFと正常SBFに順番に浸漬することで，結晶を成長させ得ることを示した．成長した結晶にはHAが含まれることが示唆されたが，Ca/P比は1.3程度と他の結晶成分が混在する可能性があり，HAの存在比を増加させる必要がある．なお，チタン材料表面にコーティングした結晶層にコラーゲン原線維をコーティングすることにも成功したが，線維の配向性が低かった．今後この点の改良が必要である．
(c) 骨ミメティック構造に対する幹細胞反応性の解明： まず原線維コーティング上にヒト骨髄由来間葉系幹細胞（hMSC，ロンザ株式会社）を培養し，骨芽細胞分化指標として頻用されるアルカリフォスファターゼ（ALP）活性とアリザリンレッド（AR）染色による石灰化物の検出を試みたところ，前者ではALP抽出時にコーティングしたコラーゲン層も抽出されるという問題が生じた．また，後者ではコラーゲン層が自発的に石灰化してAR陽性となることが示され，両者を用いた定法では骨芽細胞分化状態の把握ができなかった．現在，qPCRを用いた幹細胞の遺伝子発現プロファイルの解析技術開発を進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績の概要に述べたとおり，本年度に計画していた実験はほぼ順調に進んだが，① チタン表面にコーティングした結晶中にはHA結晶が含まれるものの，HA以外の結晶体も含まれており，HA結晶の形成効率を高める必要がある，② コラーゲン原線維コーティングの特徴から，hMSCの骨芽細胞分化能を定法により定量的に示すことが困難であり，これを明確に示す遺伝子指標の確率が必要，の2点の課題が明確になった．
対策として，①に関してはチタン材料表面へのポリドーパミンコーティングを起点とするHA誘導法など，新たな方法を試験する必要がある．また，②に関してはすでにいくつかの遺伝子発現定量法を開発したが，総合的に判断するため，もう少し測定する遺伝子数を増やす必要がある．
①，②ともに，課題克服のための実験は始めたが，22年度中には修了しておらず，23年度に持ち越すこととなった．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は，課題（a）に関してはイオンビームを用いた区kロスセクションポリッシャを用い，線維の断面を露出して，生体骨同様に線維内までHA結晶が析出していることを証明する．課題（b）に関しては，現在までの進捗状況に述べた課題①の対策である新規HA誘導法を用いた研究を推進し，Ca/P比がHAの理論値に近い結晶体を誘導する．課題（c）に関しては，現在の実験を進め，十分な数の遺伝子定量技術を確立し，骨ミメティック構造（石灰化コラーゲン層）上でのhMSC培養をおこない，その遺伝子発現プロファイルを明らかにする．
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Research Products
(1 results)
