ジルコニア系インプラント材料に対する細胞転写応答

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Dent Mater.2017 02;33(2):241-255. S0109-5641(16)30758-8. doi: 10.1016/j.dental.2016.12.005.Epub 2017-01-10.

ジルコニア系インプラント材料に対する細胞転写応答

Cellular transcriptional response to zirconia-based implant materials.

Brigitte Altmann
Kerstin Rabel
Ralf J Kohal
Susanne Proksch
Pascal Tomakidi
Erik Adolfsson
Falk Bernsmann
Paola Palmero
Tobias Fürderer
Thorsten Steinberg

PMID: 28087075 DOI: 10.1016/j.dental.2016.12.005.

抄録

目的:

オッセオインテグレーションや軟部組織の統合といった臨床的に重要な問題に適切に対応するために、我々はヒト骨芽細胞と歯肉線維芽細胞をジルコニアをベースとした新しい歯科用インプラント生体材料上で培養し、転写解析を行うことにより、直接的な生体細胞応答をスクリーニングした。

OBJECTIVE: To adequately address clinically important issues such as osseointegration and soft tissue integration, we screened for the direct biological cell response by culturing human osteoblasts and gingival fibroblasts on novel zirconia-based dental implant biomaterials and subjecting them to transcriptional analysis.

方法:

骨芽細胞に使用した生体材料は、二酸化ジルコニウムとイットリア安定化ジルコニア（対照）という2つの異なるトポグラフィを持つ新しいタイプのセリア安定化ジルコニア複合体で作られた微細な粗面化した表面を含んでいた。線維芽細胞には、平滑なセリア安定化ジルコニア表面とイットリア安定化ジルコニア表面を用いた。1日と7日の増殖期間を経て、90の課題関連遺伝子の発現をリアルタイムPCRアレイ技術を用いてmRNA転写レベルで測定した。

METHODS: Biomaterials used for osteoblasts involved micro-roughened surfaces made of a new type of ceria-stabilized zirconia composite with two different topographies, zirconium dioxide, and yttria-stabilized zirconia (control). For fibroblasts smooth ceria- and yttria-stabilized zirconia surface were used. The expression of 90 issue-relevant genes was determined on mRNA transcription level by real-time PCR Array technology after growth periods of 1 and 7 days.

結果:

一般的に、遺伝子の転写の変調は、第一に時間依存性、第二に生体材料依存性の二重依存性を示したが、生体材料による変化は、表面形状よりも生体材料の化学的な変化が主であった。それ自体、骨折治癒および創傷治癒のような再生組織プロセスに割り当てられ、詳細には、コロニー刺激因子（CSF2およびCSF3）、骨マトリックス特性を調節する成長因子（例：BMP3およびTGFB1）、骨形成性BMP（BMP2/4/6/7）および転写因子（RUNX2およびSP7）、マトリックスコラゲンおよびオステオカルシン、ラミニン、ならびにインテグリンß1およびMMP-2が含まれていた。

RESULTS: Generally, modulation of gene transcription exhibited a dual dependence, first by time and second by the biomaterial, whereas biomaterial-triggered changes were predominantly caused by the biomaterials' chemistry rather than surface topography. Per se, modulated genes assigned to regenerative tissue processes such as fracture healing and wound healing and in detail included colony stimulating factors (CSF2 and CSF3), growth factors, which regulate bone matrix properties (e.g. BMP3 and TGFB1), osteogenic BMPs (BMP2/4/6/7) and transcription factors (RUNX2 and SP7), matrix collagens and osteocalcin, laminins as well as integrin ß1 and MMP-2.

意義:

研究対象としているバイオマテリアルに関しては、セリアで安定化したジルコニアベースの新しい複合材料が、臨床的に望まれる歯周組織の統合を提供できる可能性があることをスクリーニングで示した。さらに、時間や材料に依存して変調されたバイオマーカーを検出することで、バイオマテリアルの研究開発における細胞インプラントのバイオ反応をターゲットにした解析を行うための候補遺伝子を同定した。

SIGNIFICANCE: With respect to the biomaterials under study, the screening showed that a new zirconia-based composite stabilized with ceria may be promising to provide clinically desired periodontal tissue integration. Moreover, by detecting biomarkers modulated in a time- and/or biomaterial-dependent manner, we identified candidate genes for the targeted analysis of cell-implant bioresponse during biomaterial research and development.