ヤギの骨軟骨欠損の修復のための間葉系幹細胞を搭載した多孔性タンタルと生体模倣 3D コラーゲンベースの複合足場

ヤギの骨軟骨欠損の修復のための間葉系幹細胞を搭載した多孔性タンタルと生体模倣 3D コラーゲンベースの複合足場
寄稿者: Yan Junteng、Lian Qin

長い間、特にステロイド関連骨壊死(SAON)などの整形外科疾患における骨軟骨損傷に対する効果的な治療法が不足していました。さらに、マグネシウムは優れた機械的特性を持つ生分解性金属として、長い間研究されてきました。

中国科学院深圳先進技術研究所トランスレーショナルメディシン研究開発センターの秦嶺頼玉暁氏のチームは、マグネシウム粉末、ポリマーPLGA、バイオセラミックβ-TCPを使用して、16/3/1、16/2/2、16/1/3、4/1の比率でスラリーを調製し、低温ラピッドプロトタイピング(LT-RP)技術を使用して、厚さ120μm、間隔1.0mmの24mm×24mm×24mmの多孔質スキャフォールドを3Dプリントしました。構造を図1に示します。

図 1: スキャフォールド構造特性の in vitro 分析 PTM スキャフォールドの物理的特性と Mg イオンの in vitro 放出。 PTM スキャフォールドの骨形成および血管新生特性、ならびに移植後の生物学的安全性は、SAON ウサギ関節欠損モデルを使用して評価されました。研究技術ルートを図2に示します。

図 2: 研究技術ロードマップ 実験結果から、PTM スキャフォールドは優れた生体模倣構造と機械的特性を備えていることがわかります。ダイナミック増強磁気共鳴画像法とマイクロコンピュータ断層撮影血管造影法の結果、PTMステント移植により、手術後4週間で血液灌流が増加し、新生血管の成長が促進され、8週間で構造の良好な多数の新生血管が観察されることが示されました。さらに、術後12週間のマイクロCT、組織学的検査、機械的特性試験の結果から、PTMスキャフォールドは新骨形成を著しく促進し、新骨の機械的特性を向上させることが示されました(図3参照)。これは、PTMスキャフォールドが骨形成と血管新生の二重の機能を持ち、SAONで新骨形成を相乗的に促進し、新骨の質を高める効果があることを示しています。

他の研究と比較して、本研究グループが設計したPTMスキャフォールドは適切な物理的構造と初期の機械的特性を備えており、その構造は血管の這い回りに適したテンプレートを提供し、マグネシウムの組み込みにより新しい血管の形成を促進し、最終的に新しい骨の形成とリモデリングを媒介します。

図3: マイクロCTによるチャネル内の新しい骨形成 参考文献:
Lai Y、Li Y、Cao H、Long J、Wang X、Li L、Li C、Jia Q、Teng B、Tang T、Peng J、Eglin D、Alini M、Grijpma DW、Richards G、Qin L;骨欠損の修復に3DプリントでPLGA/TCP多孔質スキャフォールドに骨形成マグネシウムを組み込む、Biomaterials (2019)
出典:https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.01.013.

寄稿者: Yan Junteng、Lian Qin 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

血管、生物学、陶芸、医学、整形外科

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