組換えBMP-2のキャリアーとしてのカルシウム-マグネシウムシリケートセラミックダイオプサイドと足場としての脱灰骨マトリックスに基づくハイブリッドインプラント：マウスの筋肉内インプラントにおける異所性骨形成

Hybrid Implants Based on Calcium-Magnesium Silicate Ceramic Diopside as a Carrier of Recombinant BMP-2 and Demineralized Bone Matrix as a Scaffold: Ectopic Osteogenesis in Intramuscular Implantation in Mice.

抄録

カルシウム・マグネシウムケイ酸塩セラミックであるダイオプサイドをリコンビナントBMP-2のキャリアーとして、また異種脱灰骨マトリックス（DBM）を足場として用いたハイブリッドインプラントが骨組織再生のために高い効率を示すことは、マウスの臨界サイズの頭蓋欠損モデルを用いて以前に実証されている。患者自身の体内でin vivoバイオリアクターの原理を用いて自家骨組織を成長させるためにこれらのインプラントを使用する可能性を検討するために、マウスの筋肉内移植で誘発される異所性骨形成の有効性を調べた。7μgのBMP-2投与量では、移植1週間後に骨格筋衛星前駆細胞と思われる細胞の緻密な凝集が観察され、インプラント周囲には間接骨形成の初期段階である軟骨形成が旺盛な領域が観察された。12週間後には、骨膜と成熟した骨髄で覆われた海綿状構造の緻密な骨カプセルが形成された。カプセルの容積は、元のインプラントの容積の約8～10倍であった。炎症や異物反応の兆候はほとんど見られなかった。マイクロコンピューター断層撮影のデータから、BMP-2を含有するインプラントを埋入したマウス群では、BMP-2を含有しないマウス群に比べて、相対的な骨量、海綿骨の数、骨組織密度が有意に増加したことが示された。DBMは、必要なサイズと形状で実質的に無制限に入手可能であり、BMP-2は大腸菌細胞での合成により得られ、比較的安価であることを考慮すると、BMP-2、ジオプサイド、および異種DBMから構築されたハイブリッドインプラントに基づくin vivoバイオリアクターモデルのさらなる開発は有望であると思われる。

High efficiency of hybrid implants based on calcium-magnesium silicate ceramic, diopside, as a carrier of recombinant BMP-2 and xenogenic demineralized bone matrix (DBM) as a scaffold for bone tissue regeneration was demonstrated previously using the model of critical size cranial defects in mice. In order to investigate the possibility of using these implants for growing autologous bone tissue using in vivo bioreactor principle in the patient's own body, effectiveness of ectopic osteogenesis induced by them in intramuscular implantation in mice was studied. At the dose of 7 μg of BMP-2 per implant, dense agglomeration of cells, probably skeletal muscle satellite precursor cells, was observed one week after implantation with areas of intense chondrogenesis, initial stage of indirect osteogenesis, around the implants. After 12 weeks, a dense bone capsule of trabecular structure was formed covered with periosteum and mature bone marrow located in the spaces between the trabeculae. The capsule volume was about 8-10 times the volume of the original implant. There were practically no signs of inflammation and foreign body reaction. Microcomputed tomography data showed significant increase of the relative bone volume, number of trabeculae, and bone tissue density in the group of mice with BMP-2-containing implant in comparison with the group without BMP-2. Considering that DBM can be obtained in practically unlimited quantities with required size and shape, and that BMP-2 is obtained by synthesis in E. coli cells and is relatively inexpensive, further development of the in vivo bioreactor model based on the hybrid implants constructed from BMP-2, diopside, and xenogenic DBM seems promising.