科研費 - 大槻 主税
-
研究課題/研究課題番号：22K19894 2022年6月 - 2024年3月
科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
大槻 主税
担当区分：研究代表者
配分額：6370000円 （ 直接経費：4900000円 、 間接経費：1470000円 ）
次世代の人工骨用素材には、体内で材料周囲の環境の変動に応じて、薬剤徐放や自己修復といった生体応答性を示す機能が求められている。本研究課題では、生体応答性材料の設計概念の確立を目指して、リン酸エステルのチタン（Ti）化合物やジルコニウム（Zr）化合物を利用して、酵素の存在に対する応答性を調べる。酵素としてアルカリフォスフォターゼ（ALP）の存在を対象として、その存在に応答した材料の溶解やヒドロキシアパタイト（HAp）の析出現象が起こる条件を生体外（in vitro）試験で調べる。さらに、チタン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を開発する。
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」の概念に立脚して、 骨芽細胞への分化マーカーとなるアルカリフォスフォターゼ（ALP）への応答や、骨芽細胞への分化を促進するイオンの担持と溶出の制御について、生体外（in vitro）試験で検証した。チタン系材料の表面やジルコニア表面を、適切な条件を選択することで、リン酸チタンやリン酸ジルコニウムを形成させ、生体応答性セラミックスとすることに成功した。さらにそれらを有機修飾する技術を探索し、化合物中に生体微量元素、有機分子や蛍光物質の導入を行い、生体に対して状況に応じて応答する機能を持つ材料の可能性を示した。
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、生体内の環境変化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、人工骨用バイオマテリアルとして「生体応答性材料」の概念に立脚して、チタン系金属やジルコニアの表面を改質し、生体応答性セラミックスとして生体応答性人工骨を開拓することを目指した。本研究の成果は、材料の生体機能の発現に関して学術的に解明する意義を持つとともに、超高齢社会での医療技術の発展に寄与する社会的意義がある。 -
ヒドロキシアパタイトの生成を伴う無機／有機複合生体材料の構築
研究課題/研究課題番号：21H02027 2021年4月 - 2024年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
大槻 主税
担当区分：研究代表者
配分額：17810000円 （ 直接経費：13700000円 、 間接経費：4110000円 ）
リン酸カルシウム系化合物の1つであるヒドロキシアパタイト（HAp）のセラミックスは、特異な生理学的活性を発現する材料であり、骨欠損を補填する人工骨として実用化されている。しかし、HApセラミックスでは自家骨に匹敵する機械的特性は得られていない。本研究では、自家骨に匹敵する機械的特性を持つ人工骨の創製を目指して、無機／有機複合生体材料の新規合成プロセスを探索する。新たに提案する合成プロセスは、HApの生成を行う反応場に、高分子を共存させることを特徴とする。複合化プロセスの解明と機械的強度向上への指針の確立、ならびに新規な無機／有機複合材料を構築するための基盤となる学理を開拓する。
リン酸カルシウム化合物のセラミックスは、骨欠損を補填する人工骨として実用化されている。しかし従来のリン酸カルシウム化合物のセラミックスでは、自家骨に匹敵する力学的（機械）特性は得られていない。本研究では、自家骨に匹敵する機械特性を持つ人工骨の創製を目指して、無機／有機複合生体材料の合成条件をリン酸カルシウム、有機修飾ケイ酸塩、有機修飾リン酸塩などのセラミックス微粒子と、親水性の高分子をマトリックスに用いて複合化により探索した。セラミックスが体液環境でヒドロキシアパタイト（HAp）の形成を誘起する一方で、高分子に存在するある量の官能基により、HAp形成が阻害されることが明らかになった。
人工骨は、損傷した骨組織を修復する医療機器として、臨床使用されている。従来の人工骨素材は、高い生物学的親和性を示すものの、力学的（機械）特性が天然の骨に及んでいない。しなやかさや切削性も併せ示す機械特性の人工骨用素材が求められている。人工骨は、生体から移植片を採取するリスクがなく、社会に普及できる技術である。本研究では、無機／有機複合生体材料によって人工骨用素材を開発することを目的にした。親水性高分子マトリックスとして、生体活性セラミックスのフィラーを含有した材料で、その合成が可能となる条件を明らかにしたことは学術的に意義深く、今後の医療技術の発展に大きく寄与する社会低意義を持っている。 -
液晶の自己組織化構造と界面相互作用を活用する高分子／無機融合材料の構築
研究課題/研究課題番号：15H02179 2015年4月 - 2019年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
加藤 隆史, 大槻 主税, 西村 達也, 坂本 健, 齋藤 継之, 大槻 主税, 西村 達也, 坂本 健, 齋藤 継之
担当区分：研究分担者
水溶性高分子によって安定化した無機結晶のアモルファス前駆体の結晶化を、高分子基板で制御することにより、形状や配向を制御したヒドロキシアパタイトや酸化亜鉛の薄膜結晶を作製する手法を開発した。また、アモルファス無機粒子を異方的なコロイド結晶へと制御して変化させることにより、世界初となる炭酸カルシウムやヒドロキシアパタイトの液晶化にも成功した。さらに高分子ゲルと無機結晶を精密に複合化することにより、透明なアモルファス構造やらせん構造を有する無機／有機融合材料を得た。
-
バイオミネラルの無機組織構造に学ぶ融合マテリアルの構築
2010年6月 - 2015年3月
科学研究費補助金 新学術領域研究 「融合マテリアル：分子制御による材料創成と機能開拓」
担当区分：研究代表者
-
融合マテリアル：分子制御による材料創成と機能開拓の総括研究
2010年6月 - 2015年3月
科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)
加藤隆史
担当区分：研究分担者
-
リン酸カルシウム系ナノ粒子の合成と機能発現
2007年4月 - 2009年3月
科学研究費補助金
大槻主税
担当区分：研究代表者
平成19～20年度日本学術振興会科学研究費補助金 萌芽研究
-
ナノインターフェイス制御による医用セラミックスの開発と評価に関する調査
2005年4月 - 2006年3月
科学研究費補助金 基盤研究(C)(企画調査) （課題番号17630008）
相澤 守
担当区分：研究分担者
平成17年度日本学術振興会科学研究費補助金 基盤研究(C)(企画調査)
-
骨修復のための温度応答型リン酸カルシウム自己硬化性材料
2004年4月 - 2006年3月
科学研究費補助金
大槻 主税
担当区分：研究代表者
平成16～17年度日本学術振興会科学研究費補助金 萌芽研究
萌芽研究，課題番号：16650110 -
低侵襲治療のための体内硬化型有機−無機ナノハイブリッド骨修復材
2002年4月 - 2004年3月
科学研究費補助金
大槻 主税
担当区分：研究代表者
平成14～15年度日本学術振興会科学研究費補助金 萌芽研究 （課題番号14658290）
-
アルギン酸人工細胞外マトリクス
2001年4月 - 2004年3月
科学研究費補助金 基盤研究(A)
谷原 正夫
担当区分：研究分担者
平成13～15年度日本学術振興会科学研究費補助金 基盤研究(A)(1)(一般)基盤研究(A)(1)(一般) （課題番号13308054）
-
有機−無機ナノハイブリッドの生体活性制御
2001年4月 - 2004年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
大槻 主税
担当区分：研究代表者
平成13～15年度日本学術振興会科学研究費補助金 基盤研究(B)(2)(一般) （課題番号13450272）
-
無機−有機ナノ複合体の生体活性
1999年4月 - 2001年3月
科学研究費補助金 奨励研究(A)(2)
大槻 主税
担当区分：研究代表者
平成11,12年度日本学術振興会科学研究費補助金
（課題番号11750589）（平成11年度 1,100千円，平成12年度 1,000千円）