PMMA/MMA骨セメントの生物学的適合性に及ぼす開始剤としてのTBBの効果

The Effect of TBB, as an Initiator, on the Biological Compatibility of PMMA/MMA Bone Cement.

• Kosuke Hamajima
• Ryotaro Ozawa
• Juri Saruta
• Makiko Saita
• Hiroaki Kitajima
• Samira Rahim Taleghani
• Dan Usami
• Donya Goharian
• Mitsunori Uno
• Ken Miyazawa
• Shigemi Goto
• Keiichi Tsukinoki
• Takahiro Ogawa

抄録

アクリル系骨セメントは、骨や関節の様々な状態を治療するために整形外科で広く使用されています。骨セメントは、メチルメタクリレート（MMA）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、過酸化ベンゾイル（BPO）から構成され、それぞれ液状モノマー、固相、重合開始剤として機能している。しかし、骨セメントに起因する細胞・組織毒性が懸念されている。本研究では、開始剤としてのトリ-n-ブチルボラン（TBB）が骨セメントの生体適合性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。ラット背骨骨髄由来の骨芽細胞を、市販のPMMA-BPO骨セメントとPMMA-TBB実験材料の2種類の骨セメント上で培養した。24時間培養後、PMMA-BPOよりもPMMA-TBBの方が多くの細胞が生存していた。細胞形態学的には、PMMA-BPOよりもPMMA-TBBの方が細胞の広がりが大きいことが示された。また、アルカリホスファターゼ活性、遺伝子発現、マトリックス鉱物化の解析から、PMMA-TBB上では骨芽細胞の分化が大幅に進行していることが明らかになった。また、電子スピン共鳴(ESR)分光分析の結果、PMMA-TBBにおける重合ラジカル生成量は、PMMA-BPOにおける重合ラジカル生成量の1/15〜1/20であった。このように、TBBを重合開始剤として用いることで、PMMA-BPOの生体適合性と物理化学的特性が向上した。

Acrylic bone cement is widely used in orthopedic surgery for treating various conditions of the bone and joints. Bone cement consists of methyl methacrylate (MMA), polymethyl methacrylate (PMMA), and benzoyl peroxide (BPO), functioning as a liquid monomer, solid phase, and polymerization initiator, respectively. However, cell and tissue toxicity caused by bone cement has been a concern. This study aimed to determine the effect of tri-n-butyl borane (TBB) as an initiator on the biocompatibility of bone cement. Rat spine bone marrow-derived osteoblasts were cultured on two commercially available PMMA-BPO bone cements and a PMMA-TBB experimental material. After a 24-h incubation, more cells survived on PMMA-TBB than on PMMA-BPO. Cytomorphometry showed that the area of cell spread was greater on PMMA-TBB than on PMMA-BPO. Analysis of alkaline phosphatase activity, gene expression, and matrix mineralization showed that the osteoblastic differentiation was substantially advanced on the PMMA-TBB. Electron spin resonance (ESR) spectroscopy revealed that polymerization radical production within the PMMA-TBB was 1/15-1/20 of that within the PMMA-BPO. Thus, the use of TBB as an initiator, improved the biocompatibility and physicochemical properties of the PMMA-based material.