Research: Tsukasa Akasaka Associate professor (赤坂 司)     

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1. Micro/nano-patterns for Dental applications: マイクロ・ナノパターン(微細構造)の歯科応用

Organisms construct a hierarchical structure of micro- and nano-structures and express various functions. By mimicking this, micro- and nanopatterns are fabricated with biomaterials to create surfaces with functions such as strong cell adhesion and bactericidal effects, thereby developing highly functional materials and medical devices that have never existed before.
生体組織は、マイクロとナノの階層構造を構築し、様々な機能を発現しています。これを模倣して、バイオマテリアルでマイクロ・ナノパターンを作製し、強い細胞接着や殺菌効果などの機能を持つ表面を創製することにより、今までなかった高機能材料・医療機器を開発します。

ex) Periodontal ligament regeneration, dentin regeneration and tooth bud regeneration 例)歯根膜再生、象牙質再生、歯芽再生へ
ex) Pattern preparations with apatite, composite resin, collagen, titanium, etc. 例)アパタイト・コンポジットレジン・コラーゲン・チタンなどのパターン作製
ex) Patterning on culture dish, cover glasses, implants and tooth surfaces. 例)培養ディッシュ表面、カバーガラス、インプラントおよび歯表面でのパターニング
ex) Using well-defined patterns to elucidate the mechanism of action of cellular responses. 例)制御されたパターンを利用し、細胞応答の作用機構解明

■Overall research overview: 研究全体の概要 Video Abstractを目指して、少しずつ改良中。

砥粒加工学会誌(2020), 赤坂、北海道歯学雑誌 (2013). 北海道大学研究シーズ.


■論文の要約:
Implant Surface: Which patterns work for Osteoclasts? インプラント表面:どの凹凸が破骨細胞に効く? 
破骨細胞が微細構造(マイクロ・ナノパターン, 凹凸)をはっきりと認識している内容です。パターンの形状やサイズにより、RAW264.7前駆細胞からの分化誘導や吸収活性が向上する、または逆に阻害する場合もある。さらに興味深いことに、破骨細胞は微細構造に応答した特殊なアクチン構造物を形成し、特に凸構造を優先的に吸収しようとすることを見出した。
Different micro/nano-scale patterns of surface materials influence osteoclastogenesis and actin structure, Nano Research, 15, 4201–4211(2022)

 


■画像など Images etc.
①バイオ応用(機構解明・研究基材) Bio-applications (Mechanism elucidation and research substrates)
②歯科応用(新材料・新治療法の開発)Dental Applications (Development of new materials and treatments)
③歯根膜再生 Periodontal ligament regeneration




図 グルーブ方向によるヒト歯肉線維芽細胞の移動方向の違い Differences in the direction of migration of human gingival fibroblasts according to groove direction: タイムラプス12h、グルーブ0.5 μm(左)グルーブ縦方向、(右)グルーブ横方向 (*グルーブの方向により細胞の移動方向を制御できる。The direction of the groove can control the direction of cell movement.)


階層化(ピラー表面のナノコート)Nano apatite coated pillars
階層化(ピラー表面のナノコート) Nano apatite coated pillars
階層化(グルーブ表面のナノコート) Nano apatite coated grooves
階層化(ピラー on グルーブ)
階層化(ピラー on ホール)
階層化(ピラー on ピラー)
高アスペクトピラーと血小板
ピラーによる骨芽細胞の捕捉
ハイドロゲルピラーの自己組織化
柔軟性ピラーと骨芽細胞
ハイドロゲルピラーの自己組織化
ホールによる血液細胞の捕捉
柔軟性ピラーへの細胞初期付着
細胞収縮力によるグルーブ構造の変形
高アスペクトピラーへの細胞初期付着



2. カーボンナノチューブのバイオ応用:
カーボンナノチューブは炭素でできたナノ物質の一つであり、様々な機能発現が期待されています。そこで本研究では新しいバイオ応用の開拓にチャレンジしました。

例)歯の修飾、アパタイト形成の核、細菌の捕捉、細胞培養担体などへ利用。
例)CNTコートディッシュ(名城ナノカーボンとの共同開発商品)。

T.Akasaka, KeyEngMater (2013),
T.Akasaka, Carbon (2011), T.Akasaka, MaterSciEng C (2010), T.Akasaka, MaterSciEng B (2010), T.Akasaka, ActaBiomater (2009), T.Akasaka, BMME (2009), T.Akasaka, BMME (2009), T.Akasaka, FNCN (2008), T. Akasaka,MaterSciEng C (2006), T.Akasaka, ChemLett (2005).