ラットを用いた再植後の脱落歯根の吸収に対するイカリイン表面処理の効果

Effect of icariin surface treatment on the resorption of denuded roots after replantation in rat.

抄録

目的:

脱臼歯の再植遅延に伴う再吸収の発生を抑制することは、歯の長期生存にとって重要である。本研究では、抗骨吸収特性を有する天然物であるイカリインが、ラットの歯牙再植モデルにおいて歯根吸収を抑制できるかどうかを評価した。

AIM: Limiting the incidence of resorption associated with delayed replantation of avulsed teeth is critical for long-term tooth survival. In this study, we assessed whether icariin, a natural product with anti-osteoclastic properties, could reduce root resorption in a rat model of tooth replantation.

方法:

イカリイン（10、20、40および80μM）の細胞適合性をin vitroのCCK-8増殖アッセイで評価し、破骨細胞形成アッセイを行い、ラット骨髄マクロファージおよびヒト末梢血単球の酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ染色（TRAP ）多核巨細胞（MNGC）への分化に対するイカリインの効果を評価した。また、イカリイン（10μM）で処理したヒト歯根膜幹細胞（hPDLSC）の分化を、骨形成誘導5、10、21日目に評価した。5週齢の雄性Sprague-Dawleyラットの第一上顎臼歯を抜歯し、PDLを除去した後、中和コラーゲン溶液（キャリアコントロール）またはコラーゲン中のイカリイン（3μg/μL）で処理した後、歯窩に再植した。動物は術後2週間目に安楽死させ、マイクロCT（micro-computed tomography）イメージングと組織学的分析を行った。

METHODOLOGY: Cytocompatibility of icariin (10, 20, 40 and 80 μM) was evaluated by CCK-8 proliferation assay in vitro, and an osteoclastogenesis assay was performed to evaluate the effect of icariin on the differentiation of rat bone marrow macrophages and human peripheral blood monocytes into tartrate-resistant acid phosphatase-stained (TRAP ) multinucleated giant cells (MNGCs). Differentiation of human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs) treated with icariin (10 μM) was also evaluated at 5, 10 and 21 days of osteogenic induction. The first maxillary molars of five-week-old male Sprague-Dawley rats were extracted, denuded of PDL, then treated either with neutralized collagen solution (Carrier control) or icariin in collagen (3 μg/μL) before replantation into their sockets. The animals were euthanized 2 weeks post-surgery for micro-computed tomography (micro-CT) imaging and histological analyses.

結果:

イカリインは細胞適合性があり、コントロールと比較して用量依存的にTRAP MNGCsの分化を有意に低下させた。さらに、イカリインはhPDLSCのアルカリホスファターゼ活性、骨形成マーカー遺伝子およびタンパク質の発現、カルシウム沈着を増強した。再植試料のマイクロCTイメージングにより、イカリイン投与群では対照群よりも残存根の体積が有意に多いことが示された。組織学的分析により、対照群ではTRAP活性を伴う多数の吸収性ラクナが認められたが、イカリイン投与群では機能的治癒の徴候と破骨活性の低下が認められた。

RESULTS: Icariin was cytocompatible and significantly reduced the differentiation of TRAP MNGCs in a dose-dependent manner compared to the control. Moreover, icariin enhanced alkaline phosphatase activity, expression of osteogenic marker genes and proteins, and calcium deposition in hPDLSCs. Micro-CT imaging of the replanted samples demonstrated a significantly higher volume of remaining roots in the icariin-treated group than in the control group. Histological analysis revealed a marked number of resorptive lacunae with TRAP activity in the control group, whereas icariin-treated samples showed signs of functional healing and reduced osteoclastic activity.

結論:

イカリインは生体適合性があり、強力な抗骨吸収・骨形成促進作用を示し、ラット上顎第一大臼歯再植モデルにおいて、吸収を抑制し、脱落した歯根の機能的治癒を促進した。これらの知見から、イカリインによる歯根表面処理は、外傷性剥離後の遅延再植後にPDLが低下した歯の維持と生存を改善するための、臨床的に適切かつ実用的な方法である可能性が示された。

CONCLUSIONS: Icariin was biocompatible and demonstrated potent anti-osteoclastic and pro-osteogenic properties that reduced resorption and promoted functional healing of denuded roots in a rat maxillary first molar model of replantation. These findings indicate that root surface treatment with icariin may be a clinically relevant and practical method for improving the retention and survival of teeth with compromised PDL after delayed replantation following traumatic avulsion.