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。

我们正在开发以“骨定向诱导”为关键词的高功能生物材料，并使用 pQCT、DEXA、The充分利用μCT、微区X射线衍射、纳米压痕等材料工程方法开展研究，推动基于诱导骨取向新理念的生物材料的发展。对主应力矢量和表面开槽方向进行机械模拟以确定最佳凹槽方向，结果表明，种植体的弹性模量越低，主应力矢量的大小越大。基于这些计算，他们确认了新骨的实际方向与凹槽的方向相对应，并且还发现细胞迁移是决定方向的控制因素。与此同时，我们继续开发不依赖于应力的取向材料，通过使用未公开的材料并将其钙化，成功制作了类骨取向材料，并确定了最佳取向条件。从控制支架材料的角度来看，我们成功地利用Ti单晶的滑移线促进了成骨细胞的定向，并且超过一定水平（未公开）的塑性应变量被证明可以有效地促进细胞定向。基于上述结果，我们系统地阐明了一种在关注骨细胞作用的同时实现磷灰石定向的方法，为骨定向生物材料的开发提供了基本指导。基于过去两年的研究成果，我们进一步开发了题为“从骨微结构和骨取向控制中构建骨生物材料科学”的研究计划。自从2017年采用该方法以来，我们的未来挑战将是整合生物组织学和人工组织学的观点，并使控制骨方向成为可能。