二階層細孔分布を有する炭酸アパタイト三次元多孔体の創製と生体反応の評価

具有两层孔隙分布的三维多孔碳酸盐磷灰石的制备及生物反应评价

基本信息

批准号：
20K18576
负责人：
岸田良
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K18576/
关键词：
アパタイト多孔体骨伝導性生体吸収性気孔連通性

项目摘要

本研究の目的は、細胞が侵入可能なマクロ気孔と、比表面積を増加させるミクロ気孔が二階層に分布した炭酸アパタイト多孔体の作製を行い、多孔体構造が生体反応に与える影響を明らかにすることである。マクロ気孔分布の制御には、石膏顆粒を硬化・結晶成長させて、顆粒間の隙間をマクロ気孔とする材料設計を行った。結晶成長のための溶媒（水）の量を制御することで、マクロ気孔の連通性を制御することができた。熱処理ならびに溶解析出反応によって、マクロ構造を保持したまま炭酸アパタイトに変換できた。マクロ気孔のサイズは約20～30 μmであり、石膏硬化時に水を除去すると連通気孔率は15から30%に向上していた。一方、ミクロ気孔のサイズや全気孔率は両試料で同じであった。連通気孔率30%の試料は水や細胞を透過する一方、連通気孔率15%の試料は透過できないことがわかった。大腿骨骨欠損モデルに両試料を埋入したところ、連通気孔率30%の試料は、4週で連通気孔の全域に新しい骨が形成され、12週にはほぼ海綿骨に置換されていた。一方、連通気孔率15%の試料は4週で試料の中心部分に骨が形成されておらず、12週後も材料が顕著に残存していた。ミクロ気孔分布の制御には、石膏多孔体の熱処理温度（600℃、750℃、900℃）の調整が有効であった。熱処理温度を低くすると全気孔率は段階的に上昇（約60%から70%）し、600℃で処理して得られた試料は他の試料に比べ、ミクロ気孔サイズが顕著に低下（約400 nmから200 nm）し、比表面積が増加（約1.6倍）した。これらの試料を大腿骨骨欠損モデルに埋入したところ、600℃で熱処理された試料は4週の時点で高い生体吸収性を示し、12週ではほぼ海綿骨に置換されていた。本研究により、二階層細孔分布を有する炭酸アパタイト多孔体の作製方法とその多孔体構造が骨再生に与える影響が明らかとなった。

这项研究的目的是创建一种碳酸盐磷灰石多孔材料，该材料具有允许细胞渗透的大孔和增加比表面积的微孔，并阐明多孔结构对生物反应的影响。。为了控制大孔分布，我们设计了一种材料，其中石膏颗粒硬化并结晶，颗粒之间的间隙变成了大孔。通过控制晶体生长的溶剂（水）的量，我们能够控制大孔的连通性。通过热处理和洗脱沉淀反应，可以将其转化为碳酸盐磷灰石，同时保留宏观结构。大孔尺寸约为20-30μm，当石膏固化过程中除去水时，开孔率从15％增加到30％。另一方面，两个样品的微孔尺寸和总孔隙率相同。结果发现，连续孔隙率为30%的样品渗透了水和细胞，而连续孔隙率为15%的样品则没有。当两个样品植入股骨骨缺损模型时，连续孔隙率为30%的样品在4周内在整个连续孔隙区域形成新骨，并在12周时几乎被松质骨取代。另一方面，在连续孔隙率为15%的样品中，4周后样品中心没有形成骨，即使12周后材料也明显残留。调节多孔石膏材料的热处理温度（600℃、750℃、900℃）可有效控制微孔分布。随着热处理温度的降低，总孔隙率逐步增加（约60％至70％），并且与其他样品相比，在600℃处理的样品的微孔尺寸显着减小（约400℃）至500nm。 200 nm），比表面积增加（约1.6倍）。当这些样品植入股骨缺损模型时，经过600°C热处理的样品在4周时表现出高生物吸收性，并在12周时几乎被松质骨取代。该研究阐明了具有两层孔隙分布的碳酸盐磷灰石多孔材料的制备方法以及多孔结构对骨再生的影响。