カーボンナノチューブを高密度にコーティングした足場は、間葉系幹細胞の骨形成分化を促進します

Dense carbon-nanotube coating scaffolds stimulate osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells.

• Hideki Mori
• Yuko Ogura
• Kenta Enomoto
• Masayuki Hara
• Gjertrud Maurstad
• Bjørn Torger Stokke
• Shinichi Kitamura

抄録

カーボンナノチューブ(CNT)は、骨や歯の代替材料として、整形外科や歯科分野でのバイオマテリアルとしての使用に適した機械的特性を有している。ここでは、単層カーボンナノチューブ（SWNT）で高密度にコーティングされたガラス表面がラット骨髄間葉系幹細胞（MSC）の骨形成分化を促進することを実証した。その結果、SWNTと多層カーボンナノチューブ(MWNT)をコーティングしたガラス上で培養したMSCは、骨形成初期の分化の指標となるアルカリホスファターゼの活性が高いことが明らかになった。また、MSCのBmp2, Runx2, Alplの発現は、SWNTおよびMWNTコーティング表面でのMSCインキュベーションでは初期段階で高いレベルを示したが、Bglap(Osteocalcin)の発現はSWNTコーティングガラス上の細胞のみが高いレベルを示した。また、SWNTコーティングガラス上の細胞はカルシウムを最も多く含み、そのカルシウム沈着物は長い針状の結晶を有していた。SWNTを高密度にコーティングしたガラスは、骨再生のための新しい足場の一部になる可能性がある。

Carbon nanotubes (CNTs) have desirable mechanical properties for use as biomaterials in orthopedic and dental area such as bone- and tooth- substitutes. Here, we demonstrate that a glass surface densely coated with single-walled carbon nanotubes (SWNTs) stimulate the osteogenic differentiation of rat bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs). MSCs incubated on SWNT- and multi-walled carbon nanotube (MWNT)-coated glass showed high activities of alkaline phosphatase that are markers for early stage osteogenic differentiation. Expression of Bmp2, Runx2, and Alpl of MSCs showed high level in the early stage for MSC incubation on SWNT- and MWNT-coated surfaces, but only the cells on the SWNT-coated glass showed high expression levels of Bglap (Osteocalcin). The cells on the SWNT-coated glass also contained the most calcium, and their calcium deposits had long needle-shaped crystals. SWNT coating at high density could be part of a new scaffold for bone regeneration.