ナノパターン化チタンインプラントは、生体内での骨形成を促進する。

Nanopatterned titanium implants accelerate bone formation in vivo.

• Andrew I M Greer
• Vitali Goriainov
• Janos Kanczler
• Cameron R M Black
• Lesley-Anne Turner
• Robert Md Meek
• Karl E V Burgess
• Ian MacLaren
• Matthew John Dalby
• Richard Oreffo
• Nikolaj Gadegaard

抄録

骨の新陳代謝を促進することは、筋骨格系の損傷を標的としたインプラントの非常に望ましい目的である。これまでのところ、これは主に生物学的因子によって対処されてきた。しかし、骨形成細胞の反応を強力に誘導する、頑健で、再現性が高く、かつ経済的な代替戦略に対するアンメットニーズが存在します。ここでは、チタンをベースとしたゾルゲルを用いた表面工学的手法を紹介します。我々は、二酸化チタン上に高さ20nm、直径100nmの柱として提示された制御された無秩序なナノトポグラフィが、STRO-1を富化したヒト骨格幹細胞をマウスのin vivo皮下インプラントに播種すると、効果的に骨形成を誘導することを示しています。28日後にサンプルを回収したところ、ナノパターン基板の骨形成遺伝子誘導が20倍に増加していることがわかりました。ナノパターン化された二酸化チタンは、将来の整形外科インプラントの臨床応用に向けて有望なルートを提供します。

Accelerated de novo formation of bone is a highly desirable aim of implants targeting musculoskeletal injuries. To date this has primarily been addressed by biologic factors. However, there is an unmet need for robust, highly reproducible yet economic alternative strategies that strongly induce osteogenic cell response. Here we present a surface engineering method using a titanium-based sol-gel whereby metal implants can be engineered to induce osteoinduction both in vitro and in vivo. We show that controlled disordered nanotopographies presented as pillars with 20 nm height and 100 nm diameter on titanium dioxide effectively induces osteogenesis when seeded with STRO-1 enriched human skeletal stem cells in vivo subcutaneous implantation in mice. After 28 days samples were retrieved, which showed 20-fold increase in osteogenic gene induction of nanopatterned substrates. Nanopatterned titanium dioxide offers a promising route for translation to future clinical orthopaedic implants.