組織工学による骨膜を用いた骨組織の修復と再建

組織工学による骨膜を用いた骨組織の修復と再建
骨折は人々の生活の中で非常に一般的ですが、適切な材料が不足しているため、大規模な骨組織の欠損の修復は困難です。自家骨修復は一般的な治療法です。骨の修復過程において、骨膜は特に重要な役割を果たします。したがって、元の骨膜を保存したり、骨膜スキャフォールドを構築したりすることで、移植骨の統合と骨欠損の再建を大幅に促進することができます。

最近、米国ロチェスター大学の筋骨格研究センターの研究者らは、骨組織の修復と再建のための多機能多層ナノファイバー骨膜を構築した。ナノファイバー骨膜の修復効果を高めるために、研究者らは骨髄幹細胞をスキャフォールドの各層に播種し、組織工学で作製した骨膜をマウスの自家骨の表面に巻き付けた。骨膜下骨と軟骨の形成におけるその重要な役割を観察します (図 1)。

図 1 細胞複合多層ナノファイバー骨膜を使用した長骨欠損の修復 この細胞複合多機能多層ナノファイバー骨膜はどのように構築されるのでしょうか?研究者らはまずポリカプロラクトン、コラーゲン、ハイドロキシアパタイトを一定の割合で使用し、次に電界紡糸技術を使用してナノファイバーフィルムを構築した。その後、マウスから骨髄幹細胞を抽出し、フィルムの表面に移植した。細胞をフィルムに接着した後、細胞を複合したフィルムを積み重ねます。観察すると、骨髄幹細胞がスキャフォールドの各層に分布し、多量の細胞外マトリックスを分泌していることがわかります(図2)。


図2 細胞複合多層ナノファイバー骨膜の構築方法(A 電界紡糸ナノファイバーフィルム、B 抽出したマウス骨髄幹細胞、C 多層フィルムの積層、D 多層フィルムの全体形態、EH スキャフォールド内の細胞とコラーゲンの分布)この人工骨膜の骨欠損に対する修復効果を検証するために、研究者らはマウスの大腿骨に4mmの欠損部を作成し、この骨膜を使用して欠損骨を包み、この部分を修復しました。研究では、手術後3週目に欠損部で軟骨の修復が起こり、5週目には軟骨の量が最大に達し、7週目には修復が基本的に完了したことが判明した。修復プロセス中に、新しい骨の形成と血管の成長が顕著に起こります。さらに、修復部位には多数の骨細胞が出現し、修復プロセスに参加しており、人工骨膜が骨組織の治癒と修復を効果的に促進していることが確認されました(図3)。

図3 マウスにおける骨修復を促進する人工骨膜の組織学的観察(AC:軟骨組織の生成と分布、DF:新しい骨の形成と血管の成長、GN:欠損部位への骨芽細胞の移動と欠損修復への関与)この新しいタイプの細胞複合多層ナノファイバー骨膜の出現は、骨修復を促進する組織工学骨膜の研究に新しいアイデアを提供します。今後さらに研究が進めば、この材料が臨床現場で使用され、より多くの骨損傷患者が一日も早く回復できるようになると信じています。

出典: 機械製造システム工学国家重点研究室 著者: 江南、何建康

血管、臨床

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