こだわりアカデミー
極薄アパタイトシート「歯の絆創膏」は、 歯科治療への実用化が期待されています。
歯の絆創膏をつくる
近畿大学生物理工学部電子システム情報工学科教授
本津 茂樹 氏
ほんつ しげき
1976年近畿大学理工学部卒業、81年近畿大学大学院を修了。工学博士取得。同大理工学部勤務。93年より生物理工学部教授。2006年学部長に就任。専門は機能材料薄膜の創製とその電子・医療デバイスへの応用。生体が持つ高度な機能に学んで、新材料を人工的に作製。文部科学省の「平成20年度私立大学戦略的研究基盤形成支援事業」の「産学連携によるナノスケール生体機能膜の創製とそのバイオデバイスへの応用」の研究代表者。レーザーを用いた薄膜化技術で、新しい機能材料の設計・合成から解析・評価などの研究を行なう。歯や骨の主成分であるハイドロキシアパタイトを、薄い膜にして、柔軟性と加工性を持つ材料にコーティングする技術を開発、世界で初めて薄膜シートの開発にも成功した。
2011年1月号掲載
歯や骨の主成分ハイドロキシアパタイト
──この秋、先生を中心とした研究グループで「歯の絆創膏」を開発したという発表を知り、大変関心を持ちました。
調べていくうちに、この研究は、文部科学省の支援事業にも採択されて、医療分野などへの応用が期待されており、先生がおられる大学には、この程、最先端の設備と研究者が集結した施設が設けられたそうですね。
本津 おかげさまで、構内に研究の拠点施設となる「先進医工学センター」を開設することができました。
現在は、他の大学や企業と共同連携して、研究を進めています。
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| 新設された「先進医工学センター」。同センターは文部科学省「平成20年度私立大学戦略的研究基盤形成支援事業」の拠点で、産学連携による先進的な研究が行なわれている |
──センターでは、どういった研究を進められているのでしょうか。
本津 ハイドロキシアパタイトという素材の薄い膜を作りまして、その膜を使って、さまざまな研究・開発を行なっています。
──ハイドロキシアパタイトというと、歯磨きなどで耳にしたことがありますが、どのような成分なのでしょうか？
本津 歯や骨の主成分で、生物が作り出せる数少ない無機物でカルシウム・リン酸基・水酸基からできています。もともと体の中にあるものなので、生体に馴染みやすいという特徴があります。
そのため、体の欠損や、機能を失った部位を補うための、人工骨や人工歯根などのインプラント基材として注目されているんですよ。
従来は、チタンやステンレス鋼などの金属生体材料が使われていましたが、生体に馴染むのに時間が掛かりますし、細胞の増殖や分化を促進する必要があるインプラント材としては、最適とはいえませんでした。
──ハイドロキシアパタイトで人工骨や人工歯根を作れば、医療分野で応用できるのですね。
本津 そうなんです。
粉末のハイドロキシアパタイトを、焼き物を作る方法と同じように、焼いて結合します。
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| 金属にハイドロキシアパタイトをコーティング |
ただ、ハイドロキシアパタイトで作ったインプラントは、焼き物と同様、堅いけれども、衝撃などで壊れてしまい、もろいという欠点があります。
そこでわれわれは、金属のインプラント表面に生体と馴染みやすい、薄い膜状のハイドロキシアパタイトをコーティングすることにしたのです。
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| ハイドロキシアパタイト被覆インプラント |
──なるほど。そうすることで、生体への馴染みやすさと金属の強さを兼ね備えた、新しいインプラントを作ることができたわけですね。
本津 その通りです。
金属のみの場合に比べて、ハイドロキシアパタイトをコーティングすることで、細胞は約2倍の速さで増殖します。
しかし、コーティングすることができても、膜にある程度厚さがあると、亀裂が入ったり、金属から剥がれてしまうという問題があったのです。
そこで、われわれ研究グループは、極薄の膜を作る方法を開発したのです。
──「極薄」というと、どのくらいの薄さなのですか？
本津 1000分の１�舒焚爾慮�さです。このような薄い膜だと、膜が金属に強く固着し、金属からの剥離や亀裂の発生の問題を解決することができるのです。
世界で初めて薄膜シートの開発に成功
──どのようにしてそうした薄い膜を作るのでしょうか。
本津 強い紫外線レーザー光を薄い膜にしたい素材に当てることにより薄膜を作る「レーザーアブレーション（PLD）法」と呼ばれる特殊な技術を使います。
私は、もともと誘電体や超伝導体といった電子材料の研究を専門にしていますが、超伝導体の膜というのは、薄くて均一な厚さで、非常にきれいに作らないと超伝導現象を示さないため、薄膜化技術や、性質の異なる膜を重ねて積む積層技術などの薄膜技術のノウハウを持っていました。
そこで、電子材料を作る技術で生体材料を作ってみてはどうかと考え、ハイドロキシアパタイトの薄膜化にこの技術を応用したのです。
──電子材料で培われた薄膜化の技術を、生体材料に置き換えられたのですね。
この薄膜技術を応用したものが「歯の絆創膏」ですか？
本津 その通りです。この技術を応用して、金属の代りに塩を用い、この上に薄膜を作製し、その後塩のみを純水で溶かすことにより世界で初めて曲げられる「ハイドロキシアパタイトシート」を開発することに成功しました。
塩の形を自由に選ぶことにより、シート状のみではなく、ドーム状、対象歯に合せたクラウン状のシートの作製も可能なんですよ。
無色透明ですが、作製方法を工夫すれば着色もできるので、これらの特徴を活かしたさまざまな活用が期待されています。
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| 極薄のハイドロキシアパタイトシート「歯の絆創膏」は、シート状のみではなく、ドーム状（右）や対象歯に合せたクラウン状（左）の形態も可能。歯科治療に応用する共同研究が進められている＜写真提供：本津茂樹氏＞ | |
──例えばどんなものがあるのでしょう？
本津 知覚過敏症の治療や、エナメル質の保護、強化を始め、白く着色したシートを貼って美しく見せたり、ホワイトニング後の歯面への貼付で「後戻り」を防止することもできます。
さまざまな医療分野への応用にも
──今後は製品化に向けて開発が進められるわけですね。
本津 はい。しかし、そのためには、どれだけ早く歯にシートを付けられるかが課題です。貼付法は人工唾液を塗布した歯面にシートを圧接し乾燥させるのですが、将来的には術後10分以内に確実に定着させることを目標としています。
──実用化はどのくらい先になりそうですか。
本津 臨床治験の結果次第ですが、５年を目標にしています。
シート以外でも、新しく開発した人工歯根は、金属を守るアパタイトと、生体に馴染みやすい生体アパタイトの２層で金属インプラントをコーティングするようになっていて、とても歯治療に優れています。
ただ、良い技術があっても日本で使用の許可が下りるには時間が掛かりますし、PLD法を用いて、大量生産するには工夫が必要ですので、費用面などで苦労もあります。
──ただ、高齢化社会に向けて、需要は確実にある分野ですね。
本津 はい。他にも、筒状に巻いたり曲げたり加工が自由な特性を活かし、人工の血管や皮膚、角膜などを再生する再生医療用細胞シートの開発にも応用することができます。
開発が進めば、骨のような硬組織の再生医療用の細胞培養足場として、研究機関などに販売する予定です。
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| チタンやステンレス鋼などの金属生体材の表面にハイドロキシアパタイトをコーティングすることで、生体骨との結合力を飛躍的に高めることができる。人工股関節（上）や軟骨（右）として活用する研究も進められている＜資料提供：本津茂樹氏＞ | |
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| 筒状に巻いたり、曲げたりできるハイドロキシアパタイトシートの特性を活かして、血管内部に挿入するステント（人体の管状血管部分）の開発も研究されている＜資料提供：本津茂樹氏＞ |
また、インプラントばかりでなく、電子材料として考えて、アパタイト薄膜でバイオセンサを作るという、エレクトロニクス分野での活用も考えていきたいと思います。
──医療分野でのさまざまな応用が期待され、まだまだ夢は膨らみますね。これからの研究に期待しています。
本日はありがとうございました。
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