研究内容


・低侵襲がん治療用材料に関する研究

 1981 年以来、がんは日本人の死亡原因の第1位を占めています。しかも、がんは大きな苦痛を伴うと恐れられています。現在、これを治療する最も一般的な方法は、患部を手術により切除する外科的療法です。しかし、患部を切除するとその機能を回復できない器官も多く、がんを外科的手術により完全に切除できない場合もあります。そこで、近年、患部を切除することなく、がん細胞だけを死滅させ、その後に正常組織の再生を期待できる、低侵襲機能温存療法に大きな期待が寄せられるようになりました。化学療法、免疫学的療法、放射線療法あるいは温熱療法などは、その可能性を有しますが、正常細胞を傷めず、がん細胞に対してだけ有効な抗がん剤を用いた化学療法や、がん細胞だけに有効な抗体を用いた免疫学的療法は未だ十分には発達していません。放射線あるいは温熱療法においては、従来主に体外から患部を放射線照射あるいは加温するため、体内深部のがんを効果的に放射線照射あるいは加温できないばかりでなく、体表付近の正常組織にも大きな損傷を与えました。

 β線などの飛程の短い放射線を放射する、直径20~30 μmの微小球を患部に送り込めば、周囲の正常組織を傷めることなく、がんを局部的に直接放射線照射して治療できる可能性があります(図1)。また、直径20~30 μmの強磁性微小球を上記と同様に患部に送り込み、患部を交流磁場の下に置くと、同微小球が磁気ヒステリシス損により発熱するので、がんを局所的に加温して治療できる可能性もあります。そこで本研究室では、そのようながんの低侵襲治療に有用なセラミック微小球の創製を試みています(図2~6)。

図1 放射性微小球による放射線塞栓療法


図2 深部がん放射線治療用Y2O3微小球
M Kawashita et al., Biomaterials, 24, 2955-2963 (2003)


図3 深部がん温熱治療用強磁性Fe3O4微小球
M Kawashita et al., Biomaterials, 26, 2231-2238 (2005)

図4 カテーテルによる微小球注入時の兎の透視像(左)および兎肝臓の毛細血管内に分布する微小球(右)
M Kawashita et al., Int. J. Appl. Ceram. Tech., 2, 173-183 (2005)


図5 放射性Y2O3微小球によるVX2腫瘍増殖抑制効果
M Kawashita et al., Int. J. Appl. Ceram. Tech., 2, 173-183 (2005)


図6 強磁性Fe3O4微小球の磁気ヒステリシス曲線
M Kawashita et al., Biomaterials, 26, 2231-2238 (2005)

・生体活性骨修復用材料に関する研究

 図6に示すような構造を有する骨は、私達の体を隅々まで支え、脳や内臓など重要な臓器を保護し、206個に分かれて互いに関節を介して繋がり、様々な運動を可能にしています。従って、関節や骨に1箇所でも損傷が生じると、私達はとたんに日常生活に支障をきたすことになります。高齢者が寝たきりになる原因の第2位は、関節症と骨折だといわれています。膝関節や股関節が傷んだ時、従来これらは金属とポリエチレンの組み合わせからなる人工関節で置き換えられてきました。しかし金属は、短期間にその関節面の平滑さを失い、摩擦係数を増大させ、金属とポリエチレンの摩耗片を生じます。この摩耗片は周囲の細胞の壊死を招きます。また、人工関節はポリメチルメタクリレートの骨セメントにより周囲の骨に固定されてきましたが、骨セメントは、固化の際、重縮合により100℃にも達する熱を発生して周囲の組織を傷め、循環器系に傷害を与える未反応モノマーを溶出し、しかもセメント自体は、コラーゲン線維の膜により周囲の骨から隔離され、骨と結合しません。その結果、術後10年を待たずして人工関節の固定が緩む例が数多く報告されました。これらの問題を解決するために、1970年代から、それまで別の目的で開発されてきたセラミックスが骨の修復に用いられるようになり、さらに骨の修復だけを目的にした新しいセラミックスが次々に開発され、今日ではセラミックスが臨床治療の場で無くてはならぬ働きをするようになってきました。

 セラミックスやガラス等の人工材料の中には、骨欠損部に埋入されると、周囲の骨と自然に結合し、一体化する(生体活性を示す)ものがあります。これらは「生体活性セラミックス」と呼ばれ、重要な骨修復材料として既に実用化されています。しかし、臨床現場では、より骨結合性に優れた骨修復材料が求められています。そこで本研究室では、材料工学に基づいた種々の合成プロセスにより、骨修復に有用な生体活性材料の創製を試みています(図7、8)。

 また、オステオポンチン(OPN)やアルブミン(Alb)等のある種のたんぱく質の水酸アパタイトへの特異的吸着が骨伝導性発現に寄与していると考え、その詳細を材料物性および細胞適合性の観点から明らかにする研究(図9、図10)も行っています。

図6 骨の構造


図7 柔軟性に富む生体活性有機-無機ハイブリッド材料
M. Kamitakahara et al., Biomaterials, 24, 1357-1363 (2003).


図8 可視光下で抗菌性を示し、体内では生体活性を示すTi金属材料の開発
M. Kawashita et al., Colloids Surf. B, 145, 285-290 (2016)
M. Kawashita et al., Ceram. Int., 40, 12629-12636 (2014)
M. Kawashita et al., Colloids Surf. B, 111, 503-508 (2013)


図9 たんぱく質の特異的吸着に着目した水酸アパタイトの骨伝導機構の解明
M. Kawashita et al., Mater. Sci. Eng. C, 69, 1268-1272 (2016)
M. Hasegawa et al., Biomed. Mater., 11, 045006 (2016)
H. Fujita et al., ACS Biomater. Sci. Eng., 2, 1162-1168 (2016)
M. Kawashita et al., J. Biomed. Mater. Res., 102A, 1880-1886 (2014)
M. Kawashita et al., J. Mater. Sci.: Mater. Med., 25, 453-459 (2014)


図10 骨伝導性水酸アパタイトと非骨伝導性α型アルミナへのアルブミン吸着と細胞応答
M. Kawashita et al., J. Biomed. Mater. Res., 102A, 1880-1886 (2014) より改変

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