エナメル質マトリックス誘導体ゲルと液状エナメル質マトリックス誘導体の骨移植材への吸着能の比較

Comparison of the capacity of enamel matrix derivative gel and enamel matrix derivative in liquid formulation to adsorb to bone grafting materials.

抄録

背景:

エナメルマトリックスデリバティブ（EMD）の使用は、歯周再生（例えば、根セメント質、歯根膜および歯槽骨の形成）を促進することが示されている。しかし、特定の臨床状況では、EMDの使用だけではフラップの崩壊を防止したり、血餅を十分に安定させたりするのに十分でない場合がある。臨床試験や前臨床試験から得られたデータでは、歯周再生処置においてEMDをさまざまな種類の骨移植材と併用した結果、賛否両論があることが示されている。本研究の目的は、EMD（液体製剤）またはEMD（ゲル製剤）で骨移植片の表面をコーティングした後の、骨移植片へのエナメルマトリックスタンパク質の吸着特性を調べることである。

BACKGROUND: The use of an enamel matrix derivative (EMD) has been shown to enhance periodontal regeneration (e.g., formation of root cementum, periodontal ligament, and alveolar bone). However, in certain clinical situations, the use of EMD alone may not be sufficient to prevent flap collapse or provide sufficient stability of the blood clot. Data from clinical and preclinical studies have demonstrated controversial results after application of EMD combined with different types of bone grafting materials in periodontal regenerative procedures. The aim of the present study is to investigate the adsorption properties of enamel matrix proteins to bone grafts after surface coating with either EMD (as a liquid formulation) or EMD (as a gel formulation).

方法:

天然骨ミネラル(NBM)、脱灰凍結乾燥骨移植片(DFDBA)、リン酸カルシウム(CaP)の3種類の移植片を、EMD液体またはEMDゲルでコーティングした。試料は、金標識抗EMD抗体を用いた免疫染色法を用いて、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡（TEM）で分析した。骨移植材への総タンパク質吸着は、アメロゲニン用酵素結合免疫吸着法（ELISA）キットを用いて定量した。

METHODS: Three different types of grafting materials, including a natural bone mineral (NBM), demineralized freeze-dried bone allograft (DFDBA), or a calcium phosphate (CaP), were coated with either EMD liquid or EMD gel. Samples were analyzed by scanning electron microscopy or transmission electron microscopy (TEM) using an immunostaining assay with gold-conjugated anti-EMD antibody. Total protein adsorption to bone grafting material was quantified using an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kit for amelogenin.

結果:

移植材表面へのアメロゲニンの吸着は、使用したキャリアシステムによって大きく異なった。EMDゲルでは、グラフト粒子表面へのタンパク質の吸着が少なく、リン酸緩衝生理食塩水による洗浄後、グラフト表面から容易に解離した。TEMによる分析の結果、アメロゲニンタンパク質の吸着はグラフト材料表面から著しく離れていた。ELISAによるタンパク質定量アッセイでは、EMD液＋NBMおよびEMD液＋DFDBAの組み合わせが、他のすべての処理様式よりも多量のアメロゲニンを吸着することが示された。さらに、EMDリキッドによって送達されたアメロジェニンタンパク質は、NBMとDFDBAの多孔質表面構造を貫通し、骨移植片粒子の内部に吸着することができた。EMDゲルでコーティングされた移植材は、移植材粒子の外側に多く吸着し、内部にはほとんど浸透しなかった。

RESULTS: The adsorption of amelogenin to the surface of grafting material varied substantially based on the carrier system used. EMD gel adsorbed less protein to the surface of grafting particles, which easily dissociated from the graft surface after phosphate-buffered saline rinsing. Analyses by TEM revealed that adsorption of amelogenin proteins were significantly farther from the grafting material surface, likely a result of the thick polyglycolic acid gel carrier. ELISA protein quantification assay demonstrated that the combination of EMD liquid + NBM and EMD liquid + DFDBA adsorbed higher amounts of amelogenin than all other treatment modalities. Furthermore, amelogenin proteins delivered by EMD liquid were able to penetrate the porous surface structure of NBM and DFDBA and adsorb to the interior of bone grafting particles. Grafting materials coated with EMD gel adsorbed more frequently to the exterior of grafting particles with little interior penetration.

結論:

本研究では、エナメルマトリックスタンパク質を液体製剤またはゲル担体のいずれかで送達した場合、骨移植材表面へのアメロゲニン吸着量に大きなばらつきがあることを示した。さらに、NBM、DFDBA、および二相性CaP粒子の間で、アメロゲニン吸着における差異が観察された。したがって、EMDのコーティングに用いられるEMD用の液体担体システムは、より優れた表面コーティングに有利である可能性がある。

CONCLUSIONS: The present study demonstrates a large variability of adsorbed amelogenin to the surface of bone grafting materials when enamel matrix proteins were delivered in either a liquid formulation or gel carrier. Furthermore, differences in amelogenin adsorption were observed among NBM, DFDBA, and biphasic CaP particles. Thus, the potential for a liquid carrier system for EMD, used to coat EMD, may be advantageous for better surface coating.