生体骨と力学的に調和した生分解性テーラードマテリアルの開発とその生体適合性

开发与活骨机械相容及其生物相容性的可生物降解定制材料

• 批准号: 15700338
• 负责人: 相澤 守
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15700338/
• 关键词: 高度医療・福祉; 生体吸収性材料; 有機; 無機ハイブリッド; テーラードマテリアル; リン酸三カルシウム; 多孔質セラミックス; ポリ乳酸; 酵素重合

本研究の目的は骨粗鬆症などに苦しむ方々が実社会で大いに活躍できるような高度医療・福祉を実現することである。骨の性質は性差や加齢に伴い変化するため、患者一人一人のニーズにあった材料「テーラードマテリアル」を創製するには互いに性質の異なるセラミックスとポリマーとのハイブリッド化が重要な要素技術となる。そこで、本研究では、生体内で力学的に調和しながら最終的に自家骨と置換される新規な無機/有機ハイブリッドを創出する。本研究は以下の3つのプロセス、1)生分解性リン酸三カルシウム(TCP)セラミックスの作製、2)生体骨と力学的に調和した生分解性TCP/ポリ乳酸(PLLA)ハイブリッドの創製、3)その生物学的評価に基づいて推進している。ハイブリッド化は開放気孔からなるTCP多孔体をマトリックスとして、その気孔内にPLLAを導入し、TCPとPLLAとが三次元的に相互連結した微細構造を構築する。もし、マトリックスであるTCP多孔体の気孔率を制御できれば最終的に得られるハイブリッドのヤング率を制御可能となる。上記の視点にたち、平成15年度はTCP多孔体の作製条件の検討を検討し、リン酸カルシウムファイバーから気孔率を40%から55%の範囲で任意に制御可能なTCP多孔体を作製した。ついで、平成16年度はこの多孔体の内部に酵素重合法によりPLLAを導入して緻密なTCP/PLLAハイブリッド材を創製した。このTCP/PLLAハイブリッドは相対密度が95%程度と緻密な構造をしており、その力学特性は既存のバイオマテリアルの中では生体骨のそれに近い。平成17年度は得られたハイブリッドの生体適合性の評価に注力した。すなわち、作製したハイブリッド材に骨芽細胞を播種し、その初期付着率・細胞増殖性・細胞形態・細胞分化・石灰化について調査した。その結果、ポジティブコントロールであるアパタイトセラミックスと比較して、本ハイブリッド材はアパタイトと遜色ない優れた生体適合性を有することが見出された。今後はin vivoでの動物実験による検証が必要である。

The purpose of this study is to improve the social health of patients with osteoporosis. The nature of the material is different from that of the patient. In this study, we developed a new model for the coordination of biomechanics in vivo and for the ultimate replacement of bone with inorganic or organic materials. This study is based on the following three aspects: 1) the mechanism of biodegradable tricarboxylic acid (TCP); 2) the development of biodegradable TCP/PLLA; 3) the evaluation of biological properties. Open pores of TCP porous bodies are introduced into the pores of TCP and PLLA, and three-dimensional fine structures are constructed. Control of porosity of TCP porous bodies is possible. The above viewpoint was discussed in the review of the working conditions of TCP porous body in 2005, and the porosity of TCP porous body was arbitrarily controlled from 40% to 55%. In 2016, we introduced PLLA into the porous body by enzyme recombination method and created dense TCP/PLLA materials. The TCP/PLLA phase contrast density is 95%, the structure is dense, and the mechanical properties are close to those of the existing phase contrast. In 2017, we received a lot of attention from the evaluation of biological fitness. Investigation of the initial growth rate, cell proliferation, cell morphology, cell differentiation and calcification of bone bud cells The results of this study were as follows: In the future, the animal will be tested in vivo.

项目成果

M.Kawata, I.Okada, S.Koda, M.Aizawa et al.: "Development of porous ceramics with, well-controlled porosities and pore sizes from apatite fibers and their evaluations"J.Mater.Sci.Mater.Med.. in press. (2004)

M.Kawata、I.Okada、S.Koda、M.Aizawa 等人：“利用磷灰石纤维开发具有良好控制孔隙率和孔径的多孔陶瓷及其评估”J.Mater.Sci.Mater.Med。

M.Aizawa, H.Shinoda, M.Matsumoto, Y.Toyama et al.: "Development and Biological Evaluation of Apatite Fiber Scaffolds with, Large Pore Size and High Porosity for Bone Regeneration"Key Engineer.Mater.. 240-242. 647-650 (2003)

M.Aizawa、H.Shinoda、M.Matsumoto、Y.Toyama 等人：“用于骨再生的大孔径和高孔隙率磷灰石纤维支架的开发和生物学评价”Key Engineer.Mater. 240-242。

Fabrication of Porous Tricalcium Phosphate Ceramics from Calcium-phosphate Fibers for a Matrix of Biodegradable Ceramics/polymer Hybrids

用磷酸钙纤维制备多孔磷酸三钙陶瓷作为可生物降解陶瓷/聚合物杂化物的基质

• 发表时间: 2004
• 期刊: Phosphorus Res.Bull. 17
• 作者: M.Aizawa;M.Ito;Y.Takeoka;M.Rikukawa;I.Okada
• 通讯作者: I.Okada

M.Aizawa, A.Porter, S.Best, W.Bonfield: "Microstructual changes of Single-crystal Apatite Fibres during heat treatment"Key Engineer.Mater.. 254-256. 915-918 (2004)

M.Aizawa、A.Porter、S.Best、W.Bonfield：“热处理期间单晶磷灰石纤维的微观结构变化”Key Engineer.Mater. 254-256。

In Vitro Biological Evaluations of Three-Dimensional Scaffold Developed from Single-crystal Apatite Fibres for Tissue Engineering of Bone

用于骨组织工程的单晶磷灰石纤维三维支架的体外生物学评价

• 发表时间: 2004
• 期刊: Phosphorus Res.Bull. 17
• 作者: M.Aizawa;H.Shinoda;H.Uchida;I.Okada;T.J.Fujimi;N.Kanzawa;H.Morisue;M.Matsumoto;Y.Toyama
• 通讯作者: Y.Toyama