細胞接着因子及び遺伝子担持アパタイト層による、骨形成を促進する骨補填材の開発

利用细胞粘附因子和携带基因的磷灰石层开发促进骨形成的骨替代材料

基本信息

批准号：
07F07607
负责人：
大矢根綾子
金额：
$ 1.47万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

骨欠損部において周囲の骨形成を促進し、周囲の骨と直接結合して一体化する材料は、骨組織再生用スキャホールドや骨補填材として有用である。本研究は、人工材料表面に細胞接着因子及び遺伝子担持アパタイト層(DF-Ap層)を形成させることにより、上記の特性を有する材料を開発するための基礎的指針を明らかにすることを目的とする。本年度は、DNAとして骨形成タンパク質-2(BMP-2)のcDNAを含むプラスミドを、細胞接着因子としてフィブロネクチンを用い、人工材料基板表面にDF-Ap層を形成させた。得られた試料の生物学的性質を、骨芽細胞様のMC3T3-E1細胞を用いたin vitro実験、及びラットin vivo実験により評価し、以下の成果を得た。in vitro実験成果:人工材料表面にDF-Ap層を形成させることにより、材料上へのMC3T3-E1細胞の接着を促進することができ、これにより同細胞の骨分化を効率的に誘導できることを明らかにした。in vivo実験成果:人工材料表面にDF-Ap層を形成させることにより、異物反応を引き起こすことなく、材料周辺の骨形成を促進できることを明らかにした。上記のin vitro及びin vivo実験の結果は、DF-Ap層からフィブロネクチンを除いた系では確認されなかった。DF-Ap層中に担持されたフィブロネクチンが細胞の接着を促すことにより、同接着細胞へのBMP-2遺伝子の導入効率を高め、MC3T3-E1細胞の骨分化並びにin vitro骨形成を促進したものと考えられる。以上の研究により、DF-Ap層による細胞への遺伝子導入システムがin vitroだけでなくin vivoにおいても有効であり、同システムを利用して骨形成を促進する材料を作製できることが分かった。本遺伝子導入システムはウィルスを用いない安全なシステムであることから、骨組織再生用スキャホールドや骨補填材への応用が期待できる。

促进骨缺损部位周围骨形成并与周围骨直接结合、整合的材料可用作骨组织再生的支架或骨替代材料。本研究的目的是通过在人造材料表面形成携带细胞粘附因子和基因的磷灰石层（DF-Ap层）来阐明开发具有上述特性的材料的基本指导方针。今年，我们使用含有骨形态发生蛋白2（BMP-2）cDNA的质粒作为DNA，纤连蛋白作为细胞粘附因子，在人造材料基底表面形成DF-Ap层。通过使用成骨细胞样MC3T3-E1细胞的体外实验和大鼠体内实验评估获得的样品的生物学特性，并获得以下结果。体外实验结果：通过在人造材料表面形成DF-Ap层，可以促进MC3T3-E1细胞在材料上的粘附，并有效诱导细胞的成骨分化。体内实验结果：发现通过在人造材料表面形成DF-Ap层，可以促进材料周围的骨形成，而不引起异物反应。上述体外和体内实验的结果在从DF-Ap层去除纤连蛋白的系统中未得到证实。 DF-Ap层中携带的纤连蛋白可促进细胞粘附，提高BMP-2基因导入贴壁细胞的效率，并促进MC3T3-E1细胞的成骨分化和体外骨形成。上述研究表明，利用DF-Ap层将基因导入细胞的系统不仅在体外而且在体内也有效，并且该系统可用于制造促进骨形成的材料。由于该基因转移系统是不使用病毒的安全系统，因此有望应用于骨组织再生支架和骨替代材料。