骨適合性チタン繊維メッシュ足場からなるバイオインテグレーション下顎骨再建装置の開発

Development of a biointegrated mandibular reconstruction device consisting of bone compatible titanium fiber mesh scaffold.

抄録

薄いハイドロキシアパタイト（HA）でバイオマテリアルをコーティングすることが、骨適合性を高めるのに有効であることが証明された。分節性骨欠損は、骨再生治療において最も修復が困難な欠損と考えられている。われわれは、即時荷重下顎骨分節欠損を再建するために、サブミクロン単位の薄さのHAコーティングチタンファイバーメッシュ足場を開発し、in vitroおよびin vivoでその骨適合性を評価した。ヒト骨芽細胞の付着、増殖、およびオステオカルシン発現を、HAコートしていない足場とHAコートした足場で評価した。ウサギ下顎骨の長さ10mmの分節性骨欠損を非ScaffoldまたはHAコートScaffoldで再建し、9週目と21週目に除去し、骨とScaffoldの結合の機械的強度とScaffold周囲の骨形成を評価した。オステオカルシンの発現は、HAコートしたスキャフォールドで大きかった。21週間後のin vivoでの骨形成は、HAコートスカフォールドの方が非コートスカフォールドより大きかった。HAコートスカフォールドで新たに形成された骨は、ほとんどが骨の連続性を回復していた。走査型電子顕微鏡観察により、骨とHA被覆スカフォールドの強固な一体化が確認された。骨とスカフォールドの結合の機械的強度は、HAコートスカフォールドでは非コートスカフォールドの3倍であった。これらの結果は、薄いHAコートチタンファイバーメッシュスカフォールドが、即時荷重のかかる分節性欠損において骨適合性のある下顎再建デバイスであることを示唆している。

Coating biomaterials with a thin hydroxyapatite (HA) was proven effective in enhancing bone compatibility. Segmental bone defects are considered as the most difficult defect to repair in bone regeneration therapy. We developed submicron-thin HA-coated titanium fiber mesh scaffolds to reconstruct immediately loaded segmental mandibular defects and evaluated their bone compatibility in vitro and in vivo. Human osteoblasts attachment, proliferation, and osteocalcin expression in non- and HA-coated scaffolds were evaluated. A 10-mm long segmental bone defect in a rabbit mandibular bone was reconstructed with non- or HA-coated scaffolds, which were removed at 9 and 21 weeks, to evaluate the mechanical strength of the bone-scaffold connection and the bone formation around the scaffold. Expression of osteocalcin was greater in HA-coated scaffolds. In vivo bone formation in HA-coated scaffolds was greater than that in non-coated scaffolds at 21 weeks. Newly formed bone in HA-coated scaffolds mostly restored bone continuity. Scanning electron microscopy identified strong integration of the bone and HA-coated scaffolds. The mechanical strength of the bone-scaffold connection was 3-fold greater in HA-coated scaffolds than that in non-coated scaffolds. These results suggest that a thin HA-coated titanium fiber mesh scaffold is a bone-compatible mandibular reconstruction device in immediately loaded segmental defects.