分子構造の秩序をもつケイ酸イオン種への骨芽細胞応答

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セラミックスから溶け出た水溶性のケイ酸イオン種は、無機化合物でありながら骨芽細胞の遺伝子発現を活性化し骨の形成を促進する。従来の研究では、Bioglass45S5と呼ばれる特定組成のケイ酸塩ガラスからの溶出物について、濃度依存的な細胞応答が調べられてきた。一方で、ケイ酸イオン種は多様な分子構造を取りうるが、その分子構造を軸に骨芽細胞への寄与を検討した例は他に見ない。本研究では規則的な分子構造を持つケイ酸イオン種の創出に向け、その鋳型となる化合物として層状ケイ酸カルシウム水和物（CSH）に注目した。CSHは、鎖状ケイ酸とカルシウム多面体からなる層状の骨格が積層した層状化合物である。CSHはシラン分子を出発原料に添加することで任意の量の有機官能基を導入できる。初年度は、種々の割合でプロピル基を導入したCSHを合成し、溶出したケイ酸の構造と細胞応答を解析した。硝酸カルシウム、プロピルトリメトキシシランおよびケイ酸ナトリウムを原料として、水熱処理により微粒子状の試料を得た。これらの試料はCSH結晶と同様の層状骨格をもち、プロピル基で修飾された鎖状ケイ酸を含むことが分かった。緩衝溶液への浸漬により、これらの試料からはプロピル基で修飾された1～3量体のケイ酸イオン種が溶出することが分かった。さらに、試料中のプロピル基の含有量が多い試料ほど、水溶液中へ放出されたケイ酸イオン種のプロピル修飾量が高くなる傾向がみられた。これらのケイ酸イオン種を含む培地中でマウス骨芽細胞様細胞を培養した際、培養14日目において、プロピル修飾量の少ない試料ほど、生細胞数が多くなる傾向がみられた。一方で、細胞の骨分化マーカーの発現量は、プロピル修飾量の高い試料ほど多くなる傾向を示した。以上の結果から、ケイ酸の構造は細胞応答に影響を及ぼすと考えられる。