2011 Fiscal Year Research-status Report
培養細胞治療に最適化した，フルメタル・バリアメンブレンを用いる次世代歯周再生療法
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23659973
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石幡 浩志 東北大学, 大学病院, 助教 (40261523)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島内 英俊 東北大学, 歯学研究科(研究院), 教授 (70187425)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | 純チタン / チタンメッシュ / スキャフォールド / バリアメンブレン / 歯周組織再生 / スペースメイキング / 口蓋裂 / 眼窩下破裂骨折 |
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| Research Abstract |
現在バリアメンブレン製品は平均で300μmの厚みがあり，組織圧迫による循環障害および細菌感染リスクによる負の側面が避けられない．そこで純チタン薄板を精密加工，バリア膜とする．10μm貫通孔を高密度形成する世界屈指の超精密マイクロ加工および微粒子粉末冶金で微細多孔構造を生成する最先端加工法を駆使，従来の１／５(50μm)の薄さで強度を確保，付形性にも対応した＜純チタン・フルメタルバリアメンブレン＞を創製するものである。本年度はまず純チタン薄板に微細加工によるマイクロメッシュ構築を試み、それに対する生体組織細胞の反応を検証した。まず、10μm厚純チタン薄板に、極めてパルス幅の短いフェムト秒レーザーによる比熱加工により、規則的配列の穿孔アレイを孔径φ20μm、孔間ピッチ50μmにて約40,000個、あるいは同孔径を30μmピッチに約110,000個と、高密度に形成した。次にこれら試料上に対し、ヒト歯胚由来幹細胞を播種、72時間培養後における細胞付着と増殖能を評価した。その結果、まず対照群とした、従来品、孔径φ100μm、孔間ピッチ500μmのチタンメッシュ(Frios® Boneshield,デンツプライ(独))では、材料表面に細胞の付着が殆ど認められなかった一方、試作品試料上では、微細貫通孔をアンカーとして多数の細胞が付着・増殖し。また、その度合いは高密度の高い方が有意に増大した。純チタンは生体親和性素材である一方で、生体組織が有機的に結合するには細胞外マトリクスを模倣した微細構造を構築することが有効と思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究により、従来の市場モデルにあるチタンメッシュの性能を大きく上回る孔径φ20μm、孔ピッチ30μmという、純チタンを対象とした加工としては驚異的な微細加工を達成した。またそれにより生まれた試作品は、従来品と比較して細胞接着および増殖能が極めて優れていることを実証した。これは次年度以降の実施予定の一部も達成し、その結果も極めて優良であったことから、本研究の進捗は極めて順調であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状のバリアメンブレンは組織隔壁膜(スキャフォールド)は，軟組織の進入を阻止し再生スペースを確保，同時に栄養分を透過供給するポリマー製フィルターだが，機能不充分で組織再生に寄与できない．一方，チタンメッシュは粗い網目のためスキャフォールドにならなかった．そこでチタン薄板に微細貫通孔を無数に設けたフィルター構造を創製し，スキャフォールド機能を実現，高強度・極薄・抗感染性・長期耐久性に優れた純チタンスキャフォールドで"飛躍的な骨組織再生を達成することが課題である。その構築にあたり、純チタンに対する微細加工による細胞レベルの表面トポグラフィーが生体に与える影響について、臨床応用を視野に検討を行う必要がある。特に細胞外マトリクスを模倣した、細胞が材料に付着する際に偽足を生じさせ、伸展を誘導する微細形状すなわちマイクロトポグラフィーを確立することで、細胞の付着と遊走を促し、ひいてはその増殖と組織化に影響を与え、生体中における組織形態と機能を確立に寄与すると思われる。すでに細胞外マトリクスを模倣したマイクロトポグラフィーは、同じく純チタンを素材とするインプラントフィクスチャーの粗面構造に利用されており、オッセオインテグレーションの達成に無くてはならないものであるが、これらはあくまで不規則且つ経験則に基づきデザインされたものなので、材料周囲の組織再生誘導や組織構築を制御を可能とする微細形状が再現性を持って構築されているわけではない。そこで今後は細胞サイズの10μmレベルでナノオーダーの誤差により均一化された、いわゆる再現性のある微細孔高密度アレイ加工を施した純チタン材が与える、そこに付着する細胞に対する影響について組織学的に検証するとともに、当初の予定通り臨床応用を視野に動物組織内への埋込を行うことでその生物学的効果と、硬組織再生機能について検証を行う予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
開発品である純チタンマイクロメッシュの制作費試作した純チタンマイクロメッシュに対する生物学的効果の検証のために実施する細胞培養試験に関する物品、プラスチック培養器具、ガラス器具、試薬、薬品類、細胞組織標本作製用キット、幹細胞をはじめとするヒト由来細胞分離培養キットと関連する薬品、器材一式、動物試験用、動物購入費(ビーグル犬、ラットあるいはマウス)、動物飼育用飼料、手術用器具、各種薬剤（麻酔薬、抗生物質、鎮痛剤等）、清掃用具、組織標本作成器材と薬品類研究打ち合わせ旅費、研究資料収集および調査のための外国旅費（デンマーク王国）資料分析、成果発表作成用パソコン、統計解析ソフト等。
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