分解性ホモ対マルチブロックコポリマーとその（ミクロ）構造を確立された生体材料と比較したin vivo生体適合性の研究

In vivo biocompatibility study of degradable homo- versus multiblock copolymers and their (micro)structure compared to an established biomaterial.

• Tobias Haase
• Robert Klopfleisch
• Annalena Krost
• Tilman Sauter
• Karl Kratz
• Jan Peter
• Friedrich Jung
• Andreas Lendlein
• Dietlind Zohlnhöfer
• Constantin Rüder

抄録

コポリエーテルエステルウレタン（PDC）は、生分解性で形状記憶性のある生体材料であり、in vitroでは低毒性で血管新生を促進することが示されています。本研究では、圧縮成形フィルムとしてのPDCと電気紡糸足場としてのPDCの生体内での適合性を、臨床的に使用されているポリ[(フッ化ビニリデン)-コ-ヘキサフルオロプロペン](PVDF)と比較して検討した。これらの材料をマウスの皮下組織に移植し、移植後7日後と28日後の宿主応答を組織学的に解析した。PDC、PPDOおよびPVDFフィルムは28日後に劣化の兆候を示さなかった。PDCフィルムは、有意に減少した関連マクロファージ層およびその表面の繊維状カプセルを示した。ＰＤＣおよびＰＰＤＯ足場の断片は、移植部位にはほとんど存在しなかったが、ＰＶＤＦ足場は、２８日目にはまだ多量に存在していた。特に整列した電気紡糸PDC足場は、移植28日後に有意に薄い繊維質を誘導し、炎症反応をわずかに減少させた。また、PDCを配向させた繊維状の足場構造のみが血管新生の有意な増加を誘導した。また，PDCとPPDOを足場に微細構造化すると，28日後にはほぼ完全に分解し，それぞれの膜はほとんど変化しなかった。しかし、すべての足場のカプセルの厚さは、28日後のフィルムと同等であった。最後に、PDC繊維が並列に配置されていることで、足場内での血管新生が強力に促進されていた。このように、材料の化学的性質は生体内での適合性に影響を与え、一方で血管新生は化学的性質よりも微細構造の方が強く影響を与えることがわかった。

Copolyetheresterurethane (PDC) is a biodegradable, shape-memory biomaterial, which has been shown to be of low toxicity and pro-angiogenic in vitro. In the present study we examined the in vivo compatibility of PDC as a compression molded film and as electrospun scaffolds and its well established constituent, the homopolymer poly(p-dioxanone) (PPDO), which were compared with the clinically used poly[(vinylidene fluoride)-co-hexafluoropropene] (PVDF) as reference material. The materials were implanted in the subcutaneous tissue of mice and the host responses were analyzed histologically 7 and 28 days after implantation.All materials induced a foreign body response (FRB) including the induction of foreign body giant cells and a peripheral fibrous capsule. PDC, PPDO and PVDF films showed no signs of degradation after 28 days. PDC films showed a significantly reduced associated macrophage layer and fibrous capsule on their surface. Few fragments of PDC and PPDO scaffolds were present at the implantation site, while PVDF scaffolds were still present in large amounts at day 28. Especially aligned electrospun PDC scaffold induced a significantly thinner fibrous and a slightly reduced inflammatory response after 28 days of implantation. In addition, only PDC aligned fibrous scaffold structures induced a significant increase in angiogenesis.In summary, PDC films outperformed PPDO and PVDF films in terms of compatibility, especially in capsule and macrophage layer thickness. Through microstructuring of PDC and PPDO into scaffolds an almost complete degradation was observed after 28 days, while their respective films remained almost unchanged. However, the capsule thickness of all scaffolds was comparable to the films after 28 days. Finally, the parallel arrangement of PDC fibers enabled a strong enhancement of angiogenesis within the scaffold. Hence, material chemistries influence overall compatibility in vivo, while angiogenesis could be influenced more strongly by microstructural parameters than chemical ones.