Multi-scale mechano-structural relationships of mineralized bone matrix via the PILP process

微視的には骨は無機成分のミネラル結晶と有機成分のコラーゲン分子からなる複合構造である．特に，剛性・強度の高いアパタイト結晶は骨密度と密接な関係があり，上述の従来の骨強度推定手法の根拠となっている．このような微視構成成分に関わる「骨質」の重要性が指摘されている．そのためこれらの微視複合構造を模倣した人工骨材料の開発も試みられてはいるが，ミネラル結晶およびコラーゲン分子の力学的役割，特にその力学的相互作用については複雑かつ微細であり，可視化等による解明も困難であり，その詳細が未だ不明のため，実現には至っていない．近年，このような高分子マトリックスの石灰化を目的として，高分子誘導液体前駆体（PILP）プロセスが注目されている．本手法によれば，高分子マトリックス構造に由来した石灰化組織を簡便に生成することが可能となり，より生体骨に近い階層構造性を持ち，力学的機能を併せ持つバイオマテリアル開発に寄与するものと考えられる．本研究では，PILPプロセスにより作製した石灰化骨様マテリアルについて，その構造特性と力学的特性の関係について明らかにすることを目的とした．ウシ皮質骨を脱灰することでコラーゲンマトリックスを作製し，PILP法により再石灰化を試みた．本試料に対し，まず受入研究員が考案しているＸ線回折手法によるアパタイト－コラーゲン複合構造の同時力学挙動解析を行う．骨組織は微視的にはアパタイトおよびコラーゲンから構成される複合材料である．そこでＸ線照射によりアパタイト結晶から得られる広角回折Ｘ線とコラーゲン分子鎖から得られる小角散乱Ｘ線を同時検出する測定系を考案する．また外的負荷時の両成分の力学挙動を測定することで，骨の微視構造特性とマクロな力学特性の関連性について調査した．

微視的には骨は無機成分のミネラル結晶と有機成分のコラーゲン分子からなる複合構造である．特に，剛性・強度の高いアパタイト結晶は骨密度と密接な関係があり，上述の従来の骨強度推定手法の根拠となっている．このような微視構成成分に関わる「骨質」の重要性が指摘されている．そのためこれらの微視複合構造を模倣した人工骨材料の開発も試みられてはいるが，ミネラル結晶およびコラーゲン分子の力学的役割，特にその力学的相互作用については複雑かつ微細であり，可視化等による解明も困難であり，その詳細が未だ不明のため，実現には至っていない．近年，このような高分子マトリックスの石灰化を目的として，高分子誘導液体前駆体（PILP）プロセスが注目されている．本手法によれば，高分子マトリックス構造に由来した石灰化組織を簡便に生成することが可能となり，より生体骨に近い階層構造性を持ち，力学的機能を併せ持つバイオマテリアル開発に寄与するものと考えられる．本研究では，PILPプロセスにより作製した石灰化骨様マテリアルについて，その構造特性と力学的特性の関係について明らかにすることを目的とした．ウシ皮質骨を脱灰することでコラーゲンマトリックスを作製し，PILP法により再石灰化を試みた．本試料に対し，まず受入研究員が考案しているＸ線回折手法によるアパタイト－コラーゲン複合構造の同時力学挙動解析を行う．骨組織は微視的にはアパタイトおよびコラーゲンから構成される複合材料である．そこでＸ線照射によりアパタイト結晶から得られる広角回折Ｘ線とコラーゲン分子鎖から得られる小角散乱Ｘ線を同時検出する測定系を考案する．また外的負荷時の両成分の力学挙動を測定することで，骨の微視構造特性とマクロな力学特性の関連性について調査した．