生体吸収性・良操作性・骨再生能を持つ多機能骨髄止血材の開発

开发具有生物可吸收性、易操作性和骨再生能力的多功能骨髓止血材料

• 批准号: 20K09124
• 负责人: 伊藤 英樹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K09124/
• 关键词: ボーンワックス; 生体吸収性; ポリマー; ペプチド; アミノ酸; ハイドロキシアパタイト; 骨髄止血; 生体吸収性ポリマー; 骨再生; ポリカプロラクトン

骨切開を伴う手術では骨切断面から多くの出血を伴うため、一般的にはボーンワックスで骨切断面にパッキングする物理的な止血法が用いられている。しかしボーンワックスは非分解・非吸収性であるため、残存による骨癒合・治癒阻害や術後感染等の合併症を助長する可能性がある。さらに骨癒合・再生の遅延は術後の社会復帰を妨げ、患者のQOLに影響を及ぼす。従って、これらが解決できる新たな骨切断面に用いる止血材料の開発は多くの患者に有益である。研究代表者らは、独自技術で開発したポリカプロラクトン(PCL)をベースとした生体吸収性ポリマーと骨再生誘導ペプチドによる新規骨髄止血材料を創出してきた。しかし、ポリマー、ペプチドの設計条件によって操作性や骨再生能に影響を及ぼすことが判明した。本研究では、材料の質的向上を図るため、各設計条件を見直す基礎研究を行い、さらに前臨床研究も含めた動物実験にて有用性を検証する。本年度では、骨再生促進のためのペプチドによる材料界面設計をおこなった。材料表面の物理化学的特性（疎水性や電荷など）は細胞に影響を与えることがわかっているが、どのような物理科学的特性が細胞に対しどのように影響するかを調べる方法はない。そこで20種類のアミノ酸から、同アミノ酸を3残基に配列したペプチド(例：GGGやAAAなど）を材料表面を修飾する固定化ペプチドアレイを作成した。固定化ペプチドアレイではアミノ酸配列により骨芽細胞の細胞接着や細胞伸展に変化がみられた。また、ペプチド20種類から2つを組み合わせた固定化ペプチドアレイ（例：GGGとAAAなど)では、骨芽細胞のミトコンドリア活性もみられた。細胞応答クラスターを物理化学的特性値指標で分類すると、材料表面の物理化学的特性は細胞の応答を制御できる可能性があることが分かった。

涉及截骨术的手术涉及大量的骨切割表面出血，因此通常使用将骨蜡包装到骨切割表面上的物理止血。但是，骨蜡是不可降解的且不可吸收的，可能导致并发症，例如骨融合和由残留感染和术后感染引起的骨骼愈合。此外，骨结合和再生的延迟会干扰术后重返社会并影响患者的生活质量。因此，可以解决可以解决的新骨切割表面的止血材料的开发对许多患者有益。研究人员使用了可生物吸收的聚合物和使用专有技术开发的骨再生肽创建了新型的脊髓落下材料。但是，发现聚合物和肽的设计条件会影响可操作性和骨再生能力。在这项研究中，将进行基础研究以审查每个设计条件以提高材料的质量，还将验证其在包括临床前研究在内的动物实验中的有用性。今年，我们使用肽设计了材料的界面来促进骨再生。已经发现材料表面的物理化学特性（例如疏水性和电荷）会影响细胞，但是没有办法研究物理科学特性如何影响细胞。因此，创建了固定的肽阵列，以用含有20种氨基酸类型的三个残基排列的氨基酸（例如，GGG，AAA等）修饰材料表面。在固定的肽阵列中，氨基酸序列显示成骨细胞粘附和细胞延伸的变化。此外，在固定的肽阵列（例如GGG和AAA）中还观察到了成骨细胞的线粒体活性，它们结合了两个肽中的两个。通过物理化学特性指数对细胞反应簇进行分类表明，材料表面的理化特性可能能够控制细胞反应。