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二階層細孔分布を有する炭酸アパタイト三次元多孔体の創製と生体反応の評価

具有两层孔隙分布的三维多孔碳酸盐磷灰石的制备及生物反应评价

基本信息

批准号：
20K18576
负责人：
岸田良
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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-20K18576/
关键词：
アパタイト多孔体骨伝導性生体吸収性気孔連通性

项目摘要

本研究の目的は、細胞が侵入可能なマクロ気孔と、比表面積を増加させるミクロ気孔が二階層に分布した炭酸アパタイト多孔体の作製を行い、多孔体構造が生体反応に与える影響を明らかにすることである。マクロ気孔分布の制御には、石膏顆粒を硬化・結晶成長させて、顆粒間の隙間をマクロ気孔とする材料設計を行った。結晶成長のための溶媒（水）の量を制御することで、マクロ気孔の連通性を制御することができた。熱処理ならびに溶解析出反応によって、マクロ構造を保持したまま炭酸アパタイトに変換できた。マクロ気孔のサイズは約20～30 μmであり、石膏硬化時に水を除去すると連通気孔率は15から30%に向上していた。一方、ミクロ気孔のサイズや全気孔率は両試料で同じであった。連通気孔率30%の試料は水や細胞を透過する一方、連通気孔率15%の試料は透過できないことがわかった。大腿骨骨欠損モデルに両試料を埋入したところ、連通気孔率30%の試料は、4週で連通気孔の全域に新しい骨が形成され、12週にはほぼ海綿骨に置換されていた。一方、連通気孔率15%の試料は4週で試料の中心部分に骨が形成されておらず、12週後も材料が顕著に残存していた。ミクロ気孔分布の制御には、石膏多孔体の熱処理温度（600℃、750℃、900℃）の調整が有効であった。熱処理温度を低くすると全気孔率は段階的に上昇（約60%から70%）し、600℃で処理して得られた試料は他の試料に比べ、ミクロ気孔サイズが顕著に低下（約400 nmから200 nm）し、比表面積が増加（約1.6倍）した。これらの試料を大腿骨骨欠損モデルに埋入したところ、600℃で熱処理された試料は4週の時点で高い生体吸収性を示し、12週ではほぼ海綿骨に置換されていた。本研究により、二階層細孔分布を有する炭酸アパタイト多孔体の作製方法とその多孔体構造が骨再生に与える影響が明らかとなった。

The purpose of this study is to clarify the effects of cell invasion on pore size, specific surface area, two-layer pore size distribution, porous body structure, and biological reaction. Control of pore size distribution, hardening of gypsum particles, and pore size distribution between particles The amount of solvent (water) used for crystal growth is controlled by the amount of water. The heat treatment is to dissolve and precipitate the anti-corrosion, anti-corrosion, anti The porosity of the gypsum is about 20~30 μm, and the porosity of the gypsum is about 15 ~ 30% when the gypsum is hardened. A side, a side hole, a side hole, a side hole. For samples with a porosity of 30% and a porosity of 15% respectively, the water and the cells are permeable. Femur bone defect test samples were embedded at week 4, new bone formation in the whole area with 30% open porosity test samples at week 4, and replacement of spongy bone at week 12. For samples with 15% porosity, bone formation occurred in the center of the sample after 4 weeks, and the material remained after 12 weeks. Control of pore size distribution and adjustment of heat treatment temperature (600℃, 750℃, 900℃) of gypsum porous body When the heat treatment temperature is low, the total porosity increases gradually (about 60% to 70%), and when the heat treatment temperature is 600℃, the porosity of the sample decreases gradually (about 400 nm to 200 nm), and the specific surface area increases (about 1.6 times). The samples were subjected to heat treatment at 600℃ for 4 weeks, showing high biological absorption and replacement of spongy bone. The present study is aimed at understanding the effects of pore size distribution on bone regeneration and porous body structure.