Development of bioresponsive materials for artificial bone

人工骨は、機能不全となった骨を修復するための医療機器であり、超高齢社会の医療を支えるために、さらなる高機能化が求められている。これまで人工骨の素材としてリン酸カルシウム系セラミックスがあり、骨と結合する性質（骨結合性）を発現する生体活性材料として知られている。しかし、生体内の環境に応答する人工骨用素材は未開拓である。本研究課題では、次世代の人工骨用バイオマテリアルとして「生体応答性材料」の概念を用いて、従来生体不活性材料として利用されてきたチタン系金属やジルコニアを適用し、新たな人工骨用素材の開拓を目的にする。酵素としてアルカリフォスフォターゼ（ALP）を対象にし、その存在に対する応答性を、ヒトの血漿を模倣した擬似体液（SBF）を用いた生体外（in vitro）試験で調べる。さらに、チタン系やジルコニアの基板表面にリン酸エステル化合物をコーティングする技術の開発も目指す。2022年度は、チタン系材料の表面を過酸化水素水とリン酸を含む溶液で直接にリン酸チタン系の化合物を作製する方法、ならびにジルコニア表面を液相中でのレーザー処理によりリン酸ジルコニウム系化合物を形成させる条件を探索した。適切な条件を選択することで、リン酸チタンがチタン金属板上に、リン酸ジルコニウム基板上にリン酸ジルコニウムを形成させることに成功した。一方で、層状構造を持つリン酸化合物の層間を有機修飾する技術を探索するとともに、その層間にコバルトイオンなどの生体微量元素の導入も行った。これら術をさらに拡大することで酵素に応答するリン酸エステルの導入条件を調べていく。

人工骨は、機能不全となった骨を修復するための医療機器であり、超高齢社会の医療を支えるために、さらなる高機能化が求められている。これまで人工骨の素材としてリン酸カルシウム系セラミックスがあり、骨と結合する性質（骨結合性）を発現する生体活性材料として知られている。しかし、生体内の環境に応答する人工骨用素材は未開拓である。本研究課題では、次世代の人工骨用バイオマテリアルとして「生体応答性材料」の概念を用いて、従来生体不活性材料として利用されてきたチタン系金属やジルコニアを適用し、新たな人工骨用素材の開拓を目的にする。酵素としてアルカリフォスフォターゼ（ALP）を対象にし、その存在に対する応答性を、ヒトの血漿を模倣した擬似体液（SBF）を用いた生体外（in vitro）試験で調べる。さらに、チタン系やジルコニアの基板表面にリン酸エステル化合物をコーティングする技術の開発も目指す。2022年度は、チタン系材料の表面を過酸化水素水とリン酸を含む溶液で直接にリン酸チタン系の化合物を作製する方法、ならびにジルコニア表面を液相中でのレーザー処理によりリン酸ジルコニウム系化合物を形成させる条件を探索した。適切な条件を選択することで、リン酸チタンがチタン金属板上に、リン酸ジルコニウム基板上にリン酸ジルコニウムを形成させることに成功した。一方で、層状構造を持つリン酸化合物の層間を有機修飾する技術を探索するとともに、その層間にコバルトイオンなどの生体微量元素の導入も行った。これら術をさらに拡大することで酵素に応答するリン酸エステルの導入条件を調べていく。