准教授
なかむら じん
身近に人工股関節再建術を受け苦労された方がおり、それをきっかけに医用材料に興味を持った。ものづくりに強い興味があり、大学在籍時に骨修復用セラミックス材料の合成について取り組む中で、様々な失敗や成功を繰り返しながら自らの手で生体に働きかける人工材料を作るプロセスを仕事として続けて行きたいとの思いが芽生え、研究職に就いた。
生物となじみ呼応する材料を創る
医用生体工学、生体材料学、無機材料・物性
セラミックス、有機無機複合材料、バイオマテリアル、人工骨、環境浄化
食事をよく噛んで味わい、散歩などで適度な運動を続けることは、健康長寿に欠かせない日常の所作です。超高齢社会を迎えた日本では、骨粗鬆症や歯周病により健康な骨や歯が失われた患者に対して、これらの組織を健やかに保つ医療技術はますます重要になっています。
私たちの研究室では、細胞に働きかけ骨や血管再生を促す無機イオンの機能に注目し、これらのイオンを体内に届けるための生体材料の作製とその効果について研究しています。例えば銀や亜鉛のイオンが抗菌性を示すことが良く知られています。このほか、ケイ素やカルシウム、ストロンチウムなどは骨形成、コバルトは血管形成を促すことが細胞実験で明らかになっています。これらの無機イオンを組み合わせ、生体にとって適切な量、速度で送り届ける生体材料を創出しています。
ケイ酸やリン酸化合物は骨修復用の生体材料の主要な組成として従来から用いられて来ましたが、それらの中には厚さ数nmのシートが積み重なった結晶構造を持つものがあります。これらの特徴的な積層構造をもつ化合物中のシート間の隙間に、有機分子や生体に有益な機能をもつ無機イオンを組み込むことで、これらを適切に生体に送り届けるための材料を作り出すことが可能です。
さらに、生物が小さなエネルギー消費で骨や貝殻を作り出すプロセスに学び、常温常圧の下で高機能セラミックスを合成し、医療や環境浄化等に応用する試みも進めています。最近では、上記に加えてがん治療や薬剤徐放を支援するセラミックス微粒子の研究も展開しています。
骨修復医療用の材料から溶け出たケイ酸を含むイオンは、特定の濃度域において骨芽細胞の骨形成を促すことが知られていますが、イオン種がどの様にして細胞の応答を引き出しているかの機序は明らかになっていません。一方、ケイ酸は人工的に作り出された材料のほかに、地殻や植物、微生物など身の回りにも多様な形で存在しています。現在、材料化学の立場から、ケイ酸による骨形成の促進メカニズムの解明に取り組んでいます。これが明らかになれば、今まで注目を浴びていない様々なケイ酸を含む物質を組み合わせ、より速やかな骨修復を実現する生体材料が設計できるようになると考えています。
水熱合成装置、炭酸ガスレーザー照射装置、顕微ラマン分光装置、原子吸光光度計、細胞培養ブース、細菌培養ブース、リアルタイムPCR装置、共焦点レーザー顕微鏡
【共同研究】『抗菌性インプラント材料の開発に関する研究』（2022～現在）
【論文】J. Nakamura*, R. Ito, R. Kozaki, A. Sugawara-Narutaki and C. Ohtsuki*, “Organic Modification of Layered Zirconium Phosphate/phosphonate for Controlled Release of Therapeutic Inorganic Ions”, Science and Technology of Advanced Materials, 22, 1000-1012 (2021).
【論文】J. Nakamura*, Y. Suzuki, R. Narukawa, A. Sugawara-Narutaki and C. Ohtsuki*, “Preparation of Layered Calcium Silicate Organically Modified with Two Types of Functional Groups for Varying Chemical Stability”, Journal of Asian Ceramic Societies, 9, 113-123 (2021).
【論文】J. Nakamura*, K. Endo, A. Sugawara-Narutaki and C. Ohtsuki*, “Human Stem Cell Response to Layered Zirconium Phosphate”, RSC Advances, 10, 36051-36057 (2020). (DOI: 10.1039/d0ra04924g)
