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リン酸オクタカルシウム/ゼラチンによるラット大腿骨貫通型骨欠損の骨修復に関する研究

濵田 壮志 東北大学

2022.03.25

概要

1. 研究背景
整形外科領域において、骨折などの外傷や骨切り手術などに伴い大きな骨欠損を生 じる事があり、欠損部を補填するために骨移植が広く一般的に行われている。本邦で は自家骨移植が第一選択として用いられるが、採骨量に限りがある点や採骨部の疼痛、感染、神経障害、骨折などの合併症が起こりえる。また、同種骨移植も行われている が、抗原性の問題や管理施設が限定されるなどの問題がある。これらの問題を解決す るために人工骨移植が注目されている。人工骨は採骨部の合併症がなく、患者負担を 減らす事が可能である。リン酸オクタカルシウム（octacalcium phosphate：OCP）は ハイドロキシアパタイト（hydroxyapatite：HA）の前駆物質で、生体内で骨新生（新 しい骨が形成されること）を促進する事が報告されており、新しい人工骨材料として 期待されている。しかし、OCP は操作性や形態賦形性に乏しいため、実際の使用に は課題があった。ゼラチンは、優れた生体吸収性、生体親和性および細胞接着能を有 する天然高分子のひとつで、細胞工学領域で多く使用されている。ラット大腿骨の両 側皮質骨を欠損した難治性骨欠損モデルに OCP とゼラチンで作成された複合体を移 植した研究報告はない。

2. 目的
本研究の目的は、ラット大腿骨の難治性骨欠損モデルにおける OCP/ゼラチン複合体の骨新生に与える影響を検討することである。

3. 方法
OCP は鈴木らが報告したカルシウムとリン酸の過飽和水溶液から析出させる湿式合成法により調整した。OCP/ゼラチン複合体は、斎藤らが報告した合成法に基づき作製した。実験には Sprague-Dawley ラット 12 週齢の雄を用いた。ラット大腿骨遠位骨幹端に直径 3 mm の両側皮質骨貫通型の規格化骨欠損を作成し、OCP/ゼラチン複合体（OCP/ゼラチン複合体群）およびゼラチン単体（ゼラチン群）を埋入した。埋入後 4 週および埋入後 8 週で、骨欠損部における OCP/ゼラチン複合体およびゼラチン単体の骨新生効果を放射線学的、組織学的に評価した。放射線学的検討は、マイクロ X 線 CT（マイクロ CT）を用いて新生骨の体積を評価した。組織学的検討は、ヘマトキシリン-エオジン（HE）染色で骨欠損部における新生骨面積の定量を行った。また、TRAP（Tartrate-resistant acid phosphatase）染色による骨欠損部の破骨細胞形成と、抗オステオカルシン抗体を用いた免疫染色による骨芽細胞数を評価した。

4. 結果
マイクロ CT による画像評価では、埋入後 4 週では OCP/ゼラチン複合体群で欠損孔の大部分に、骨新生を示す高吸収域がみられた。埋入後 4 週のゼラチン群では欠損孔の辺縁に高吸収域を認めたが、欠損孔の大部分は低吸収域が残存していた。埋入後8 週では、OCP/ゼラチン複合体及びゼラチンとも新生骨を示す高吸収域は減少し、欠損孔の大部分が髄腔と同程度の低吸収域が確認できた。

マイクロCT による新生骨体積量は埋入後 4 週および 8 週ともにOCP/ゼラチン複合体群がゼラチン群に比べ有意に増加していた。HE 染色では新生骨量は埋入後 4 週、 8 週において OCP/ゼラチン複合体群がゼラチン群に比べ有意に新生骨量が増加していた。TRAP 染色では、埋入後 4 週で、OCP/ゼラチン複合体群がゼラチン群と比較して破骨細胞数が有意に増加していた。オステオカルシン免疫染色では埋入後 4 週のOCP/ゼラチン複合体群では埋入後 4 週ゼラチン群と比較して骨芽細胞数が有意に増加していた。

5. 結論
難治性のラット大腿骨両側皮質骨欠損モデルにおいて OCP/ゼラチン複合体がゼラチン単体と比較して早期から骨新生を誘導することが明らかとなった。OCP/ゼラチン複合体は難治性骨欠損の治療に有用な人工骨補填材となり得ると考えられた。

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