A novel BMP‐2–loaded hydroxyapatite/beta‐tricalcium phosphate microsphere/hydrogel composite for bone regeneration

概要

〔目的(Purpose)〕
目的：骨形成因子(BMP)は強力な骨誘導能を持つが,BMPの急速放出に伴う合併症(炎症反応,浮腫,異所性骨化)が,幅広い臨床応用の妨げとなっている.BMPの副作用を低減し,骨誘導能を最大限に高めるdrug delivery systemが求められている. 我々は hydroxyapatite/p-TCP microsphere/poloxamer 407 hydrogeI(HA/p~TCP/Hydrogel) 複合体をスキャフォルドとした新規のrhBMP-2徐放バイオマテリアルの有効性を検証した.

〔方法ならびに成績(Methods/Results)〕
方法：ΗΑ/β-TCP/Hydrogel複合体(以下複合体)におけるrhBMP-2の放出動態をin vitroおよびin vivoでコラーゲンスポンジ(CS)と比較した. in vitroではELISA法にて24日間評価した. mvM/では,蛍光標識したrhBMP-2を含む複合体およびCSをマウスの下腿に移植し,IVISで経時的に評価した. また,MC3T3-E1細胞と複合体およびCSを共培養し,細胞レベルでの影響を検討した(CCK-8毒性試験/ALP染色・活性/RT-PCRによる骨形成遺伝子発現). ラット脊椎固定モデルにて,生体内での骨形成効果をμCΤおよび組織学的に評価した.

結果：rhBMP-2放出動態：in vitroでは,複合体はCSに比べて初期の急速放出を抑制し,緩やかかつ長期的にrhBMP-2を放出した.in vivoでは,rhBMP-2の生体内半減期をCSに比べて1.63倍延長した.共培養実験：複合体は,MC3T3-E1 細胞のALP活性/骨形成遺伝子の発現をCSに比べ有意に上昇させ(共培養7,14日目),長期徐放されたrhBMP-2が細胞レ ベルで効果的に作用していた.ラット脊椎固定モデル：複合体群はCS群に比べ,緩やかに脊椎癒合が得られ,最終癒合率は複合体群81.8%, CS群72.7%であった.脊椎癒合部分の新生骨量およびBMD値は複合体群で有意に高値となった.

〔総括(Conclusion)]
ΗΑ/β-TCP/Hydrogel複合体は優れたrhBMP-2徐放性を持ち,細胞レベルおよび生体内で長期的な骨形成効果をもたらし,骨量および骨質の優れた骨再生を可能とする新規バイオマテリアルである.