P-15ペプチドを骨移植材として用いた場合と用いなかった場合の、インプラント材料としてのPEEKに対する免疫反応を、ウサギの長骨モデルで比較した

Comparing the Immune Response to PEEK as an Implant Material with and without P-15 Peptide as Bone Graft Material in a Rabbit Long Bone Model.

抄録

P-15は15-アミノ酸長の生体模倣ペプチドで、in vivoで骨形成を促進することが広く証明されている。ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)は、体幹間デバイスの製造に広く使用されているにもかかわらず、PEEKが好ましくない免疫反応を引き起こす可能性を示唆する証拠が増えつつある。この予備的研究の目的は、P-15ペプチドベースの骨生物学的製剤を使用した場合と使用しない場合の、PEEKインプラント周囲の免疫反応と新生骨の成長を特徴づけることである。ニュージーランド白ウサギを用い、両側大腿骨欠損モ デルを実施した。合計17名の被験者が、骨移植材を使用した場合と使用しない場合のいずれかを用いて、各大腿骨遠位部にインプラントを1本ずつ埋入した。動物は4週間または8週間まで生存させ、その時点で大腿骨を採取し、マイクロコンピュータートモグラフィー（microCT）またはサイトカイン分析に供した。マイクロCT分析では、各インプラント周囲の骨成長および骨密度の定量化が行われた。人工骨周囲組織ホモジネートのサイトカイン分析では、ELISAキットを用いたインターロイキン（IL）およびTNF-α発現の定量が行われた。P-15のコホートでは、術後8週目に、インプラント表面から500～136μmおよび136～0μmの関心領域で骨量の改善が観察された。IL-1β、IL-4、IL-6サイトカインの濃度は、術後4週の時点で、PEEK群と比較してP-15群で有意に高かった。IL-4とIL-6サイトカインの濃度は、4週目から8週目にかけて、P-15コホートでのみ有意な減少が観察された。P-15ペプチドは、インプラント材料に対する免疫反応を調節する可能性がある。PEEKの対照群と比較して、P-15のコホートでは、骨成長の改善と、より活性化した微小環境が観察された。このことは、治癒の炎症期からリモデリング期への移行が早まったことを示しているのかもしれない。

P-15 is a 15-amino-acid-long biomimetic peptide widely demonstrated to enhance osteogenesis in vivo. Despite the prevalence of polyether-ether-ketone (PEEK) in interbody device manufacturing, a growing body of evidence suggests it may produce an unfavorable immune response. The purpose of this preliminary study was to characterize the immune response and new bone growth surrounding PEEK implants with and without a P-15 peptide-based osteobiologic. A bilateral femoral defect model was conducted using New Zealand white rabbits. A total of 17 test subjects received one implant in each distal femur, either with or without bone graft material. Animals were allowed to survive to 4 or 8 weeks, at which time the femurs were collected and subjected to micro-computer tomography (microCT) or cytokine analysis. MicroCT analysis included the quantification of bone growth and density surrounding each implant. The cytokine analysis of periprosthetic tissue homogenates included the quantification of interleukins (ILs) and TNF-α expression via ELISA kits. Improvements in bone volume were observed in the P-15 cohort for the regions of interest, 500-136 and 136-0 µm from the implant surface, at 8 weeks post-op. Concentrations of IL-1β, IL-4, and IL-6 cytokines were significantly higher in the P-15 cohort compared to the PEEK cohort at the 4-week timepoint. Significant reductions in the concentrations of IL-4 and IL-6 cytokines from the 4- to 8-week cohort were observed in the P-15 cohort only. The P-15 peptide has the potential to modulate the immune response to implanted materials. We observed improvements in bone growth and a more active micro-environment in the P-15 cohort relative to the PEEK control. This may indicate an earlier transition from the inflammatory to remodeling phase of healing.