エナメルマトリックス誘導体のin situ前十字靭帯組織工学への応用の可能性：トランスレーショナルin vitro調査

The potential use of enamel matrix derivative for in situ anterior cruciate ligament tissue engineering: a translational in vitro investigation.

抄録

ポリエステル製の足場は、前十字靭帯（ACL）の再建において、自家組織に代わるものとして使用されてきた。ポリエステル足場は生体適合性に優れ、組織の浸潤を促し、新生靭帯の形成につながる。しかし、足場が移植された骨トンネルと足場が擦れ合って破断することがある。そのため、この摩耗から足場を保護するために、早期の組織誘導が不可欠であると考えられています。エナメルマトリックス誘導体（EMD）は、歯周病の治療に臨床的に使用されています。EMDは、成長因子様活性を有するタンパク質の複合体であり、歯根膜繊維芽細胞の付着、増殖、分化を促進し、歯周骨・歯根膜組織の再生につながる。我々は、EMDが同様の方法でACL再建に使用される足場周りの組織誘導を促進する可能性があると仮定した。この予備調査では、トランスレーショナルアプローチを採用し、EMDの臨床応用が可能な3つの投与方法を試験管内でモデル化し、それぞれのプロトコルが動物モデルや臨床応用に適しているかどうかを確認した。単層培養における予備調査では、EMDはウシ初代滑膜細胞の増殖に対して有意な用量依存性刺激効果（p < 0.05, n = 6）を有することが示されました。しかし、EMDで培養プレートを前処理すると、細胞の付着が有意に阻害された（p < 0.01, n = 6）。次に、靭帯の足場に播種した滑膜細胞に対するEMDの効果を、臨床でのEMD投与の3つの可能性（術前、術中、術後）をモデル化したいくつかのin vitro実験で検討しました。術前モデルでは、細胞を加える前にEMDを足場に吸着させた。術中モデルでは、EMDと細胞を同時に培養液中で足場に添加した。術後モデルでは、EMD投与前に細胞を足場に予め播種した。EMDは、術前モデルでは細胞接着を有意に抑制し（p < 0.05, n = 6）、術中モデルでは有意な効果は認められなかった。術後モデルでは、先に細胞を播種した足場にEMDを添加すると、その総デオキシリボ核酸含有量が有意に増加した（p < 0.01, n = 5）。EMDのin vitroでの細胞増殖促進作用は、in situでの細胞による足場のコロニー形成（ひいては組織誘導）を促進する可能性を示唆している。しかし、in vitroでの滑膜細胞付着に対する阻害作用は、術後投与にのみ適していることを示唆するものである。

Polyester scaffolds have been used as an alternative to autogenous tissues for the reconstruction of the anterior cruciate ligament (ACL). They are biocompatible and encourage tissue infiltration, leading to neoligament formation. However, rupture can occur, caused by abrasion of the scaffold against the bone tunnels through which it is implanted. Good early tissue induction is therefore considered essential to protect the scaffold from this abrasion. Enamel matrix derivative (EMD) is used clinically in the treatment of periodontal disease. It is a complex mix of proteins with growth factor-like activity, which enhances periodontal ligament fibroblast attachment, proliferation, and differentiation, leading to the regeneration of periodontal bone and ligament tissues. We hypothesized that EMD might, in a similar manner, enhance tissue induction around scaffolds used in ACL reconstruction. This preliminary investigation adopted a translational approach, modelling in vitro 3 possible clinical modes of EMD administration, to ascertain the suitability of each protocol for application in an animal model or clinically. Preliminary investigations in monolayer culture indicated that EMD had a significant dose-dependent stimulatory effect (p < 0.05, n = 6) on the proliferation of bovine primary synovial cells. However, pre-treating culture plates with EMD significantly inhibited cell attachment (p < 0.01, n = 6). EMD's effects on synovial cells, seeded onto ligament scaffolds, were then investigated in several in vitro experiments modelling 3 possible modes for clinical EMD administration (pre-, intra-, and post-operative). In the pre-operative model, EMD was adsorbed onto scaffolds before the addition of cells. In the intra-operative model, EMD and cells were added simultaneously to scaffolds in the culture medium. In the post-operative model, cells were pre-seeded onto scaffolds before EMD was administered. EMD significantly inhibited cell adhesion in the pre-operative model (p < 0.05, n = 6) and had no significant benefit in the intra-operative model. In the post-operative model, the addition of EMD to previously cell-seeded scaffolds significantly increased their total deoxyribonucleic acid content (p < 0.01, n = 5). EMD's stimulative effect on cell proliferation in vitro suggests that it may accelerate scaffold colonization by cells (and in turn tissue induction) in situ. However, its inhibitory effect on synovial cell attachment in vitro implies that it may only be suited to post-operative administration.