多孔質ナノファイバー足場へのリン酸カルシウムの三次元電着とカルシウムの放出制御による骨再生の研究

Three-Dimensional Electrodeposition of Calcium Phosphates on Porous Nanofibrous Scaffolds and Their Controlled Release of Calcium for Bone Regeneration.

• Xue Mi
• Melanie J Gupte
• Zhanpeng Zhang
• W Benton Swanson
• Laurie K McCauley
• Peter X Ma

抄録

鉱物化したコラーゲンの骨マトリックスを模倣し、細胞の移動と骨再生を促進するための微多孔構造を付与するために、電着法を用いて、高度に相互接続した細孔を有するナノファイバー状（NF）ポリマー足場と三次元リン酸カルシウムコーティングを開発した。蒸着温度、電圧、時間を調整することで、ミネラル含有量、モルフォロジー、結晶構造、化学組成を調整することができました。電圧を高くして温度を高くすると、鉱物化率が高くなることがわかった。さらに、鉱化した3次元足場からは、ほぼ直線的なカルシウム放出速度が達成された。放出速度は、初期電着条件を変化させることで制御した。高い電着電圧と温度では、カルシウムの放出が遅くなり、これは高度に結晶性が高く、化学量論的なヒドロキシアパタイトの含有量と関連していた。また、このプレミネラライズドNF足場は、皮下移植モデルにおいて、対照足場に比べて骨の再生が促進され、骨形成細胞の増殖を促進するカルシウムイオンの放出と関連していた。

To mimic the bone matrix of mineralized collagen and to impart microporous structure to facilitate cell migration and bone regeneration, we developed a nanofibrous (NF) polymer scaffold with highly interconnected pores and three-dimensional calcium phosphate coating utilizing an electrodeposition technique. The mineral content, morphology, crystal structure, and chemical composition could be tailored by adjusting the deposition temperature, voltage, and duration. A higher voltage and a higher temperature led to a greater rate of mineralization. Furthermore, nearly linear calcium releasing kinetics was achieved from the mineralized 3D scaffolds. The releasing rate was controlled by varying the initial electrodeposition conditions. A higher deposition voltage and temperature led to slower calcium release, which was associated with the highly crystalline and stoichiometric hydroxyapatite content. This premineralized NF scaffold enhanced bone regeneration over the control scaffold in a subcutaneous implantation model, which was associated with released calcium ions in facilitating osteogenic cell proliferation.