頭蓋顔面領域の骨再生のためのポリエーテルエーテルケトンを含む新しい注射可能なハイドロゲル

Scientific Reports volume 13、記事番号: 864 (2023) この記事を引用

2466 アクセス

3 引用

12 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ポリエーテルエーテルケトン (PEEK) は、チタン インプラントの代替品として導入された有機材料です。 注入可能なヒドロゲルは、不規則な形状や輪郭の欠損を保存的に埋めるための、口腔内での骨再生のための最も有望なアプローチです。 現在の研究では、PEEK を含む注射可能なアルデヒドセルロースナノ結晶/絹フィブロイン (ADCNC/SF) ハイドロゲルが合成され、その骨再生能力が評価されました。 ヒドロゲル構造では、構造、分子間相互作用、成分間の反応が評価されました。 作製した足場の細胞適合性をヒト歯髄幹細胞 (hDPSC) で評価しました。 さらに、hDPSC 上の ADCNC/SF/PEEK ハイドロゲルの骨誘導能力を、リアルタイム PCR、ウェスタンブロット、アリザリンレッド染色および ALP 活性を使用して評価しました。 ラットの頭蓋骨における重大なサイズの欠損における骨形成を組織学的および放射線写真的に評価した。 その結果、ヒドロゲルの作製の成功と、hDPSC に対するその骨形成誘導能力が確認されました。 さらに、生体内段階では、ADCNC/SF/PEEK グループの骨形成が有意に高かった。 したがって、PEEKを充填したヒドロゲルに応答して骨再生が促進されたことは、明らかに歯科インプラントを取り囲む頭蓋顔面領域の骨損失を再生する可能性を示唆しました。

過去数十年にわたって、骨組織工学は、頭蓋顔面領域の骨欠損を再建するための有望な代替手段を提供してきました 1,2,3。 この領域の骨欠損は、先天異常、感染症、およびその後の外傷、腫瘍切除、抜歯による骨吸収によって発生します4,5。 これらの欠損は患者の生活の質に重大な影響を与えるため、顎顔面の機能と審美性を取り戻すために治療する必要があります6,7。

動的骨構造は、臨界サイズよりも小さい欠損を再構築する際に顕著な再生能力を示します。 重大なサイズの欠陥には自己修復能力がないため、追加の再構築介入が必要です8。 自家/同種骨移植や金属プロテーゼなど、この種の骨欠損を治療するための従来のアプローチは、罹患率やドナー部位の不足、吸収の可能性、不規則な欠損を埋めるための複雑な製作や成形などにより制限されています9,10。 これらの制限のため、生分解性で生体適合性のある 3D 高分子ヒドロゲルを使用した骨組織工学的アプローチは、幹細胞の増殖と分化を改善することで治療プロトコルの有効性を高めるための潜在的な候補と考えられます。 天然の骨細胞外基質 (ECM) と同様のハイドロゲルの特性と、骨形成因子の送達が、ハイドロゲルを骨再生に適したものにする主な特徴です。 考慮すべきもう 1 つの重要な特性は、これらのハイドロゲルの注入可能性であり、これにより、既成ハイドロゲルと比較して幅広い利点が得られます 11、12、13。 これらの注射可能なヒドロゲルは、適切なポリマーおよび物質で製造された場合、幹細胞の浸潤、付着、増殖、および分化に対する優れたサポートを示します。 さらに、これらの注射用ヒドロゲルは、患者の利便性に加えて、取り扱いが容易で、侵襲性が最小限に抑えられ、不規則な形状の骨欠損を補うことが臨床応用において有利である14、15、16、17、18。

損傷した骨組織や失われた骨組織を再構築するために、さまざまな生体材料が適用されています19、20、21。 ポリエーテルエーテルケトン (PEEK) は、半結晶構造を持つ有望な有機合成ポリマーです。 チタン (Ti) などの金属材料と比較して、生体適合性が高く、X 線透過性があり、自然の骨と同様の弾性があるため、より人気が高まっています 22、23、24。 さらに、報告によると、チタンインプラントとその合金は、頭蓋顔面領域の骨欠損を再建する際に、金属イオンの放出、骨溶解、アレルギー誘発性、金属腐食を示しています25,26。 PEEK は 40 年以上にわたってさまざまな基材や材料に応用されており、生体材料への応用に対するその優れた能力が認められています。 高性能ポリマーとしての PEEK は、優れた耐薬品性、340 °C の高い融解温度、優れた放射線耐性および滅菌耐性、3.7 ～ 4.0 GPa の高弾性率、および 103 MPa の高い引張強度を特徴としています27。 補綴材料の中でも、PEEK は優れた熱安定性と自然の骨と同様の機械的特性を備えているため、コンポーネントとして広く使用されています。 これらの特性は、PEEK ベースの複合材料が骨の再生を促進し、隣接する骨の吸収を遅らせるのに役立ちます 28。 ケージ、ロッド、ネジなど、幅広い脊椎インプラントが PEEK から作られており、骨が徐々に融合しながらも剛性を保つように設計されています 29、30、31、32。 PEEK を頭蓋顔面領域の優れた材料に変える最も注目すべき特徴には、優れた機械的特性、自然な X 線透過性、および熱変形の低減が含まれますが、これらに限定されません 19,33。 さらに、骨溶解の減少、骨形成の増加、および PEEK インプラント周囲の初期石灰化の支持に関するいくつかの証拠があります 19。 しかし、いくつかの研究では、この基材は Ti ほど生物活性が高くないことが示されています。 したがって、彼らは PEEK と他の材料を組み込むことを提案しました 22、34、35。