口腔線維芽細胞の挙動と機能に及ぼすチタン表面特性の影響

Effect of titanium surface characteristics on the behavior and function of oral fibroblasts.

抄録

目的:

本研究の目的は、異なるチタン表面特性が口腔線維芽細胞の挙動および機能、ならびに細胞外マトリックス内のコラーゲンの沈着パターンに及ぼす影響を評価することである。

PURPOSE: The purpose of this study was to evaluate the effect of different titanium surface characteristics on the behavior and function of oral fibroblasts as well as the deposition pattern of collagen within the extracellular matrix.

材料と方法:

機械加工、硫酸による酸エッチング（AE1）、フッ酸による酸エッチング（AE2）により作製したチタン表面を、走査型電子顕微鏡（SEM）およびエネルギー分散型X線分光法を用いて分析した。ラット口腔線維芽細胞を異なる表面で培養した．SEMを用いて細胞の広がりと細胞外マトリックスの形態を評価した。細胞の接着と増殖は、それぞれ接着細胞と剥離細胞の数および細胞数を比較することで調べた。遺伝子発現は逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応を用いて解析した。コラーゲンの産生と沈着は、シリウスレッドベースの染色アッセイと共焦点レーザー顕微鏡を用いて調べた。

MATERIALS AND METHODS: Titanium surfaces created by machining, acid etching with sulfuric acid (AE1), or acid etching with hydrofluoric acid (AE2) were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive x-ray spectroscopy. Rat oral fibroblasts were cultured on different surfaces. Cell spread and morphology of extracellular matrix were evaluated using SEM. Attachment and proliferation of cells were examined by comparing the numbers of attached to detached cells and cell count, respectively. Gene expression was analyzed via reverse transcriptase polymerase chain reaction. Collagen production and deposition were examined via a Sirius red-based stain assay and confocal laser scanning microscopy.

結果:

機械加工表面は等方的な溝を持つ平坦なプロフィールを示し、AE1表面は均一にマイクロスケールで粗面化された表面を示し、AE2表面は中間の表面粗さを持つ溝を持つプロフィールを示した。AE2表面はフッ化物原子を含んでいた（F/Ti原子比として2.45%+/-0.44%）。細胞の付着は，機械加工面ではAE1面およびAE2面よりも有意に弱かったが，AE1面とAE2面の間には差は認められなかった．機械加工面とAE2面では細胞数が多く、平行配向していたのに対し、AE1面では細胞数が少なく、ランダムに分布していた。線維芽細胞遺伝子の発現レベルは、試験したすべての時点において、表面間で同程度であった。コラーゲン産生は機械加工表面で最も高く、次いでAE2表面、AE1表面であった。コラーゲン沈着は、機械加工表面では平行パターンを示したが、AE1およびAE2表面では多方向性であった。

RESULTS: The machined surface showed a flat profile with isotropic grooves, the AE1 surface showed a uniformly microscale roughened surface, and the AE2 surface had a grooved profile with intermediate surface roughness. The AE2 surface contained fluoride atoms (2.45%+/-0.44% as F/Ti atomic ratio). Cell attachment was significantly weaker on the machined surface than on the AE1 and AE2 surfaces, whereas no differences were observed between the AE1 and AE2 surfaces. The cell counts on the machined and AE2 surfaces were higher, with a parallel orientation, whereas the cell count was lower and randomly distributed on the AE1 surface. The expression level of fibroblastic genes was similar among surfaces for all time points tested. Collagen production was highest on the machined surface, followed by AE2 and AE1 surfaces. Collagen deposition displayed a parallel pattern on the machined surface, while it was multidirectional on the AE1 and AE2 surfaces.

結論:

チタンの表面特性は，in vitroにおけるコラーゲンの沈着パターンと同様に，口腔線維芽細胞の付着，拡散，増殖活性に影響を及ぼす．

CONCLUSION: The surface characteristics of titanium affect attachment, spread, and proliferative activity of oral fibroblasts as well as the deposition pattern of collagen in vitro.