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Novel Infection Models for Development of Artificial Bone with Antibacterial and Osteogenic Efficacy

用于开发具有抗菌和成骨功效的人工骨的新型感染模型

基本信息

批准号：
19F01046
负责人：
相澤守
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-10-11 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年の医療業界では、人工骨や人工関節などのインプラント材が広く普及しているが、それらの使用後の術後感染症(SSI)は重篤な合併症の１つであり、大きな問題となっている。本研究課題では、優れた骨形成能に加えて感染症を予防できる「優れた骨形成能と抗菌性を併せ持つ多機能型人工骨」を開発するとともに、細菌感染を想定した生体適合性の評価モデルの構築に成功した。当該研究を進めるにあたり、受入研究者は、主宰する研究室で保有するセラミックス創製や生体適合性評価に係わるノウハウを提供し、フェローはそれらを活用しながら研究を展開した。より具体的には、人工骨として実績のある水酸アパタイト(HAp)に骨形成促進作用をもつケイ素および抗菌性を持つ銀を同時に置換固溶させたバイオセラミックスを作製した。得られたセラミックスの物性（結晶相や微細構造など）を明らかにするとともに、骨芽細胞を用いて生体適合性と緑膿菌(P. aeruginosa)を用いて抗菌性を評価した。さらに、好適な銀およびケイ素を含有したHApセラミックスを用いて、SIIを想定した骨芽細胞と細菌を併用した２つの感染モデルも確立した。一つ目のモデルはセラミックスに細菌と細胞を同時に播種する実験系であり、これは手術時に感染が生じるケースを想定している。もう一つのモデルはセラミックスに最初に細菌を播種し、ついで細胞を播種する実験系である。これは材料の滅菌が失敗したために感染が生じるケースを想定している。ここで得られた研究成果は、現在、国際誌に投稿中である。また、別のアプローチとして、イノシトールリン酸というキレート化合物を分子接着剤として利用して、ケイ素含有HApセラミックスに抗菌性イオンである銀イオンを修飾する研究も実施した。実際に、ケイ素含有HApに抗菌性を付与することに成功している。この研究成果も近い将来国際誌に投稿予定である。

In recent years, artificial bone and artificial joint materials have become more popular in the medical industry, and postoperative infections (SSI) after use have become more serious. This research topic is to develop a multifunctional artificial bone with excellent bone formation ability, antibacterial property and biological fitness, and to evaluate the success of the construction of the artificial bone with excellent bone formation ability and antibacterial property. When the study progresses, the recipient will control the laboratory, and the research will be carried out. The specific properties of artificial bone include: hydration, promotion of bone formation, antibiotic resistance, and replacement of solid solution. The physical properties (crystalline phase and microstructure) of the obtained materials were evaluated for their biological suitability and antibacterial properties for P. aeruginosa. In addition, it is necessary to establish a combination of bone bud cells and bacteria. The bacteria and cells are seeded simultaneously, and the infection occurs during surgery. The first time you plant a bacterium, you plant a cell. The material was sterilized and infected. The research results are now published in the International Journal. The research on the modification of antibacterial agents containing HAp and silver in the molecular synthesis of different kinds of compounds is carried out. In the meantime, the antibiotic has been successfully applied. The results of this research are scheduled for submission in the future.