初代ヒト歯肉線維芽細胞の初期付着と増殖に対するインプラント表面材質とマイクロスケールラフネスの影響

Impact of Implant Surface Material and Microscale Roughness on the Initial Attachment and Proliferation of Primary Human Gingival Fibroblasts.

• Marco Aoqi Rausch
• Hassan Shokoohi-Tabrizi
• Christian Wehner
• Benjamin E Pippenger
• Raphael S Wagner
• Christian Ulm
• Andreas Moritz
• Jiang Chen
• Oleh Andrukhov

抄録

ジルコニア（Zr）ベースのインプラントシステムの需要が高まっているため、Zrおよびチタン（Ti）インプラント、特にその表面形状が軟組織の治癒に与える影響を理解することが重要であると考えられます。ヒト歯肉線維芽細胞（hGF）は、インプラント周囲の軟組織の主要な細胞であることから、我々は、インプラントの材質と表面の粗さがhGFの初期接着、成長、およびフォーカルアドヒージョンに関与するタンパク質の発現に及ぼす影響を調べることに焦点を当てた。8人の健康なドナーから分離したhGFを，平滑なチタン加工面（TiM），平滑なジルコニア加工面（ZrM），適度に粗いチタン加工面（SLA），適度に粗いジルコニア加工面（ZLA）の各表面上で14日間まで培養した。hGFの初期付着を走査型電子顕微鏡で評価した。細胞増殖／生存率は，セルカウンティングキット8で評価した。フォーカルアドヒージョン染色キットを用いてフォーカルアドヒージョンと細胞骨格を可視化した。フォーカルアドヒージョンキナーゼ（FAK），α-平滑筋アクチン（α-SMA），インテグリンサブユニットITG-β1，ITG-β4，ITG-α5，ITG-α6の遺伝子発現をqPCRで評価した。中程度の粗さの表面では，細胞の増殖・生存率がわずかに低下したが，表面素材の影響は認められなかった。細胞の形態は処理の異なる表面間で顕著に異なっていた。機械加工された表面では、細胞は細長い形態で溝に沿って付着していたが、適度に粗い表面では、細胞はランダムに付着していた。表面の粗さは、表面の材質に比べて遺伝子発現に顕著な影響を与えた。FAK，α-SMA，ITG-β4，ITG-α5，ITG-α6の発現は，平滑面に比べて中程度の粗さの表面で増強された。このin vitro研究の制限内で、一次hGFの挙動は主に表面構造に影響されるが、Tiに対するZrの明らかな優位性は観察されなかったと結論づけることができる。

Due to the rising demand for zirconia (Zr) based implant systems, it is important to understand the impact of Zr and titanium (Ti) implants and particularly their topography on soft tissue healing. As human gingival fibroblasts (hGFs) are the predominant cells in peri-implant soft tissue, we focused on examining the effect of implant material and surface roughness on hGFs' initial attachment, growth and the expression of proteins involved in the focal adhesion. hGFs isolated from eight healthy donors were cultured on the following surfaces: smooth titanium machined surface (TiM), smooth zirconia machined surface (ZrM), moderately rough titanium surface (SLA), or moderately rough zirconia surface (ZLA) for up to 14 days. The initial attachment of hGFs was evaluated by scanning electron microscopy. Cell proliferation/viability was assessed by cell counting kit 8. Focal adhesion and cytoskeleton were visualized by a focal adhesion staining kit. The gene expression of focal adhesion kinase (FAK), α-smooth muscle actin (α-SMA), and integrin subunits ITG-β1, ITG-β4, ITG-α4, ITG-α5, ITG-α6, was evaluated by qPCR. Cell proliferation/viability was slightly decreased by moderately rough surfaces, whereas no effect of surface material was observed. Cell morphology was strikingly different between differently treated surfaces: on machined surfaces, cells had elongated morphology and were attached along the grooves, whereas on moderately rough surfaces, cells were randomly attached. Surface roughness had a more pronounced effect on the gene expression compared to the surface material. The expression of FAK, α-SMA, ITG-β4, ITG-α5, and ITG-α6 was enhanced by moderately rough surfaces compared to smooth surfaces. Within the limitations of this in vitro study, it can be concluded that the behavior of primary hGFs is primarily affected by surface structure, whereas no apparent advantage of Zr over Ti could be observed.