カルシウムイオンで修飾されたインプラント表面が、タンパク質の吸着とインプラントの統合に与える影響

Influence of calcium ion-modified implant surfaces in protein adsorption and implant integration.

• Eduardo Anitua
• Andreia Cerqueira
• Francisco Romero-Gavilán
• Iñaki García-Arnáez
• Cristina Martinez-Ramos
• Seda Ozturan
• Mikel Azkargorta
• Félix Elortza
• Mariló Gurruchaga
• Isabel Goñi
• Julio Suay
• Ricardo Tejero

抄録

背景:

カルシウム（Ca）は、骨代謝や血液凝固に関与する元素としてよく知られている。ここでは、標準的なチタン製インプラント表面（コントロール）と比較して、カルシウムイオンで修飾された表面（Caイオン）のタンパク質吸着パターンと生体内反応との関連性を調査した。LC-MS/MSを用いて，ヒト血清とのインキュベーション後に表面に付着したタンパク質を同定し，18匹のニュージーランド白ウサギの大腿骨頸部内側に両側手術を行い，インプラント埋入後2週間および8週間でオッセオインテグレーションを検証した（n=9）。

BACKGROUND: Calcium (Ca) is a well-known element in bone metabolism and blood coagulation. Here, we investigate the link between the protein adsorption pattern and the in vivo responses of surfaces modified with calcium ions (Ca-ion) as compared to standard titanium implant surfaces (control). We used LC-MS/MS to identify the proteins adhered to the surfaces after incubation with human serum and performed bilateral surgeries in the medial section of the femoral condyles of 18 New Zealand white rabbits to test osseointegration at 2 and 8 weeks post-implantation (n=9).

結果:

Caイオン表面には，共通凝固経路の因子であるFA10が181.42倍，内在性凝固経路の因子であるFA12が3.85倍吸着された（p<0.001）。また、A1AT、PLMN、FA12、KNG1、HEP2、LYSC、PIP、SAMP、VTNC、SAA4、CFAHにも違いが見られた（p<0.01）。移植後2週間と8週間の時点で、Caイオン表面との平均的な骨の接触（BIC）はそれぞれ1.52倍と1.25倍、平均的な骨の体積密度（BVD）はそれぞれ1.35倍と1.13倍になった。その差は、2週間後と8週間後のBICと2週間後のBVDで統計的に有意であった（p<0.05）。

RESULTS: Ca-ion surfaces adsorbed 181.42 times more FA10 and 3.85 times less FA12 (p<0.001), which are factors of the common and the intrinsic coagulation pathways respectively. We also detected differences in A1AT, PLMN, FA12, KNG1, HEP2, LYSC, PIP, SAMP, VTNC, SAA4, and CFAH (p<0.01). At 2 and 8 weeks post-implantation, the mean bone implant contact (BIC) with Ca-ion surfaces was respectively 1.52 and 1.25 times higher, and the mean bone volume density (BVD) was respectively 1.35 and 1.13 times higher. Differences were statistically significant for BIC at 2 and 8 weeks and for BVD at 2 weeks (p<0.05).

結論:

Ca-ion表面での強い血栓性タンパク質の吸着パターンは、インプラントのオッセオインテグレーションの有意に高いレベルと相関していた。より効果的なインプラント表面とより小さなインプラントを組み合わせることで、特に骨の量や質が低い場合に、より低侵襲な手術、より短い治癒期間、そして全体的な介入コストの削減が可能となる。

CONCLUSIONS: The strong thrombogenic protein adsorption pattern at Ca-ion surfaces correlated with significantly higher levels of implant osseointegration. More effective implant surfaces combined with smaller implants enable less invasive surgeries, shorter healing times, and overall lower intervention costs, especially in cases of low quantity or quality of bone.