ゲレナイトナノバイオセラミックの生物活性と機械的性質について.比較研究

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J Med Signals Sens.2020 Apr-Jun;10(2):105-112. JMSS-10-105. doi: 10.4103/jmss.JMSS_41_19.Epub 2020-04-25.

ゲレナイトナノバイオセラミックの生物活性と機械的性質について.比較研究

On the Bioactivity and Mechanical Properties of Gehlenite Nanobioceramic: A Comparative Study.

Ashkan Bigham
Saeed Kermani
Ahmad Saudi
Amir Hamed Aghajanian
Mohammad Rafienia

PMID: 32676446 PMCID: PMC7359955. DOI: 10.4103/jmss.JMSS_41_19.

抄録

研究の背景:

骨組織再生を目的とした新しい生体材料の開発においては、生体活性（骨結合能）と望ましい機械的特性は非常に重要なパラメータであり、骨組織再生を目的とした新しい生体材料の開発が求められています。本研究では、骨組織再生のためのハイドロキシアパタイト(HA)と比較し、ゲレナイトの機械的特性と生物活性を評価した。

Background: For a new biomaterial which is going to be applied in bone tissue regeneration, bioactivity (bone bonding ability) and desirable mechanical properties are very essential parameters to take into consideration. In the present study, the gehlenite's mechanical properties and bioactivity are assessed and compared with hydroxyapatite (HA) for bone tissue regeneration.

方法:

ゲレナイト及びHAナノ粒子をゾルゲル法及び共沈法により合成し、X線回折,フーリエ変換赤外分光法及び透過型電子顕微鏡法により物理的及び化学的性質を調べた。

Method: Gehlenite and HA nanoparticles are synthesized through sol-gel method and coprecipitation technique, respectively, and their physical and chemical properties are characterized through X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, and transmission electron microscopy.

結果:

その結果、望ましくない相のないゲレナイト相とHA相が得られ、両化合物の粒子は球状の形態を持つナノメートル領域の粒子であることが証明された。また、両化合物の圧縮強度を評価したところ、ゲレナイトは144±5MPa、HAは150±4.8MPaであった。次に、模擬体液(SBF)中で21日までの生理活性を評価した結果、14日後には、ゲレナイト円盤の表面は新たに形成されたCa-P粒子で完全に覆われていることがわかった。しかし、SBFに浸漬して21日後には、HAディスク表面に散発的な析出物が形成されることがわかった。

Results: The results prove that the gehlenite and HA phases without any undesirable phase are obtained, and the particles of both compounds are in the nanometer range with spherical morphology. The compressive strength of both compounds are assessed, and the values for gehlenite and HA disks are 144 ± 5 and 150 ± 4.8 MPa, respectively. Next, their bioactivity potential is assessed into simulated body fluid (SBF) up to 21 days, and the results show that after 14 days, gehlenite disk's surface is completely covered with newly formed Ca-P particles. However, some sporadic precipitations after 21 days soaking into SBF are formed onto the HA disk's surface.

結論:

本研究では、ナノ構造化されたゲレナイトディスクが、HAよりも優れた機械的特性を有し、かつ生体活性の速度が速いことから、骨組織再生のための有望なバイオセラミックと考えられることを明らかにした。

Conclusion: This comparative study shows that nanostructured gehlenite disk with desirable mechanical properties and faster bioactivity kinetic than HA can be considered as a promising bioceramic for bone tissue regeneration.