異方性の材料科学に基づく骨配向化誘導

基于各向异性材料科学的骨定向引导

基本信息

批准号：
21676006
负责人：
中野貴由
金额：
$ 52.75万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (S)
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

「骨配向性誘導」をキーワードに高機能化バイオマテリアルの開発、ならびに細胞培養実験、動物内埋入実験による新生骨誘導能、組織内での細胞配列、配向性定量などを、pQCT、DEXA、μCT、微小領域X線回折法、ナノインデンテーション法をはじめとする材料工学的手法を駆使することで研究を遂行し、骨配向化誘導のための新規概念からなるバイオマテリアルの開発を推進した。主応力ベクトルと表面溝切方向に関する力学シミュレーションを実施し、最適な溝方位を決定するとともに、インプラントの弾性率が低くなるほど、主応力ベクトルの大きさが大きくなることを示した。こうした計算に基づき、実際の新生骨の配向性が溝方向と一致することを確認するとともに、細胞遊走も配向性を決定する支配因子であることを突き止めた。同時に応力に依存しない配向化材料の開発を進め、非公開の材料を用い、石灰化することにより、骨類似配向化材料の作製に成功するとともに、配向化のための最適条件を決定した。足場材料の制御の観点からは、Ti単結晶のすべり線を利用することで、骨芽細胞の配向化を促すことに成功し、一定以上(非公開)の塑性ひずみ量が、細胞配向化に有効であることを証明した。以上の結果に基づき、アパタイト配向化を可能とする手法を骨系細胞の役割に留意しつつ系統的に解明するとともに、骨配向化バイオマテリアルの開発への基礎的指針を示した。これまで2年間の研究結果に基づき、さらに発展させた研究プログラムとして、「骨微細構造から学ぶ骨生体材料学の構築と骨配向化制御」という題目で、最先端・次世代研究開発支援プログラム」に採択されたことから、生物生体組織学的視点と人工生体組織学的視点を融合的にとらえ、骨配向化の制御を可能とすることを今後の課題とする。

通过使用材料工程方法（例如PQCT，DEXA，μCT，微区X射线衍射和纳米构造方法）进行研究，包括关键词“骨骼取度诱导”，以及生物材料的发展以及由构成细胞培养的新颖概念的生物材料的发展，以及在细胞培养的材料中，并在细胞培养中构成了量化的材料，并使用动物培养的材料，并使用动物培养物，并使用动物培养物，并使用动物培养物，并使用动物培养物，并使用动物培养物，并使用动物培养物，并使用动物培养物进行了量化，并使用动物培养物进行了实验，并且工程方法，例如PQCT，DEXA，μCT，微区X射线衍射和纳米构造方法。进行有关主应力矢量和表面凹槽切割方向的动力模拟以确定最佳的凹槽方向，并表明植入物的弹性模量越低，主应力向量的幅度就越大。基于这些计算，证实了实际的新骨骨的方向与凹槽方向一致，并且细胞迁移也是决定方向的主要因素。同时，进行了与压力无关的取向材料的开发，并通过使用未公开的材料并钙化，成功进行了类似骨状定向材料的产生，并确定了最佳定向条件。从控制支架材料的角度来看，我们通过利用Ti单晶的滑动线成功地促进了成骨细胞的方向，并证明了上述一定量的塑性应变（未披露）对细胞方向有效。基于上述结果，我们系统地阐明了可以考虑骨细胞系的作用的方法，并为骨骼取向生物材料的发展提供了基本指南。根据过去的两年研究的结果，该计划被选为尖端，下一代的研发计划，标题为“构建骨骼生物材料的科学和骨骼微观结构控制”，而未来的挑战是观察生物学和人工生物学论的观点，以融合生物学和艺术生物学的融合，并构成骨骼或构成骨骼或构成骨质的生物学观点。