上記の研究背景に基づいて、リン酸エステルのカルシウム塩の転化反応速度制御を目指して研究を行いました。具体的には、アルキル基のサイズが異なるリン酸エステル（図1）を用いました。その理由は、リン酸エステルのアルキル基が大きくなるほど同エステルのカルシウム塩が疎水的になって溶解度が低下するとともに、アルキル鎖が嵩高くなることによってALPによる加水分解速度が低下すると考えられたからです。つまり、これらの相乗効果によってリン酸エステルのアルキル基が大きくなるほど同カルシウム塩の転化反応速度は急速に低下すると予想しました。

　そこで、実際にこれらのリン酸エステルとカルシウムの塩を湿式法にて合成し、まずは、これらの溶解度を調べました。その結果、溶解度はメチルリン酸カルシウム≈エチルリン酸カルシウム＞ブチルリン酸カルシウム＞ドデシルリン酸カルシウムの順番となり、予想通りの結果が得られました。
　次に、これらの材料をヒトの血漿と同程度のALPを含有するSBFに浸漬して反応挙動を調べた代表的な結果を図2に示します。メチルリン酸カルシウムとエチルリン酸カルシウムでは明確な結晶形態の変化が観察されました。これは、これらの材料がALPに応答して反応していることを意味しています。一方で、ブチルリン酸カルシウムでは形態変化がほぼ観察されませんでした。また、ドデシルリン酸カルシウムでは、繊維状の析出物が観察され、他の材料とは異なる反応挙動を示しました。また、結晶相の変化を調べた結果、メチルリン酸カルシウムとエチルリン酸カルシウムは7日間でアパタイトに変化したのに対して、ブチルリン酸カルシウムとドデシルリン酸カルシウムでは、ほとんど結晶相の変化は見られませんでした。代表的な結果として、メチルリン酸カルシウムからアパタイトへの結晶相の変化を図3に示します。加えて、ALP添加SBF中のイオン濃度変化も、形態変化および結晶相の変化を支持する結果となり、これらの解析から、転化反応の律速段階は、リン酸エステルのアルキル基のサイズが大きくなるに従い、同カルシウム塩の溶解律速からリン酸エステルの加水分解律速に変化することが分かりました。
　以上の実験結果から、転化反応速度の違いは各材料の溶解度に強く依存しており、リン酸エステルのカルシウム塩の溶解度が大きいほど転化反応速度が大きくなることを実証しました。つまり、望みの転化反応速度の生体応答性材料を得たければ、リン酸エステルのアルキル基の種類を適切に選択すればよい、という明快な材料設計指針を得ることができました。
 

横井　太史　（ヨコイ　タイシ）　Yokoi Taishi
東京医科歯科大学　生体材料工学研究所
無機生体材料学分野　准教授
・研究領域
無機材料化学、バイオセラミックス