コラーゲン結合型塩基性線維芽細胞成長因子とコラーゲンスカフォールドを併用したラットの水平骨欠損部の骨再生の促進

Acceleration of bone regeneration of horizontal bone defect in rats using collagen-binding basic fibroblast growth factor combined with collagen scaffolds.

• Shin Nakamura
• Takashi Ito
• Kentaro Okamoto
• Takehiko Mima
• Kentaro Uchida
• Yasir D Siddiqui
• Masahiro Ito
• Masako Tai
• Keisuke Okubo
• Keisuke Yamashiro
• Kazuhiro Omori
• Tadashi Yamamoto
• Osamu Matsushita
• Shogo Takashiba

抄録

背景:

塩基性線維芽細胞成長因子（bFGF）は、歯周組織の再生に応用されている。しかし、bFGFは欠損部位から急速に拡散するため、その適用は骨欠損の形態に依存する。以前の研究では、コラーゲン結合性bFGF（CB-bFGF）が、整形外科分野においてコラーゲン固定による骨形成を促進することが示されている。本研究の目的は、水平方向の骨欠損部の骨再生において、コラーゲンスカフォールドを用いたCB-bFGFの有効性を示すことである。

BACKGROUND: Basic fibroblast growth factor (bFGF) has been applied for periodontal regeneration. However, the application depends on bone defect morphology because bFGF diffuses rapidly from defect sites. In a previous study, collagen-binding bFGF (CB-bFGF) has been shown to enhance bone formation by collagen-anchoring in the orthopedic field. The aim of this study is to demonstrate the efficacy of CB-bFGF with collagen scaffolds in bone regeneration of horizontal bone defect.

方法は以下の通りです。:

CB-bFGFの細胞増殖活性およびコラーゲン結合活性は、それぞれWST-8アッセイおよびコラーゲン結合アッセイにより確認した。コラーゲンシート（CS）におけるCB-bFGFの保持力は、蛍光イメージングにより測定した。ラット水平歯槽骨欠損モデルを用いて、コラーゲンパウダー（CP）を用いたCB-bFGFの有効性を検討した。4週間後と8週間後に，マイクロコンピュータ断層撮影，組織学的解析，免疫組織化学的解析を行い，再生効果を評価した。

METHODS: Cell proliferation activity and collagen binding activity of CB-bFGF was confirmed by WST-8 assay and collagen binding assay, respectively. The retention of CB-bFGF in the collagen sheet (CS) was measured by fluorescence imaging. The rat horizontal alveolar bone defect model was employed to investigate the efficacy of CB-bFGF with collagen powder (CP). After 4 and 8 weeks, the regenerative efficacy was evaluated by microcomputed tomography, histological, and immunohistochemical analyses.

結果:

CB-bFGFは、bFGFと同等の増殖活性を有し、コラーゲン結合活性を有していた。CB-bFGFはbFGFよりも長くCSに留まっていた。術後8週目には、CB-bFGF/CP群の骨量、骨密度、新生骨面積は、他群に比べて有意に増加した。さらに、CB-bFGF/CP群では上皮の成長が有意に抑制されていた。4週間後の再生部位におけるオステオカルシン、増殖細胞核抗原、オステオポンチン陽性細胞の数は、CB-bFGF/CP群が他群に比べて多かった。

RESULTS: CB-bFGF had a comparable proliferation activity to bFGF and a collagen binding activity. CB-bFGF was retained in CS longer than bFGF. At 8 weeks postoperation, bone volume, bone mineral content, and new bone area in CB-bFGF/CP group were significantly increased compared with those in other groups. Furthermore, epithelial downgrowth was significantly suppressed in CB-bFGF/CP group. At 4 weeks, the numbers of osteocalcin, proliferating cell nuclear antigen, and osteopontin-positive cells at the regeneration site in CB-bFGF/CP group were greater than those in other groups.

おわりに:

CB-bFGF/CPは、bFGFを持続的に放出することにより、水平骨欠損部の骨再生を効果的に促進した。CB-bFGF/CPはbFGFの徐放性により水平方向の骨欠損部の骨再生を促進し，垂直方向の歯周組織再生を改善する可能性が示された。

CONCLUSIONS: CB-bFGF/CP effectively promoted bone regeneration of horizontal bone defect possibly by sustained release of bFGF. The potential of CB-bFGF composite material for improved periodontal regeneration in vertical axis was shown.

© 2019 The Authors. Journal of Periodontology published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of American Academy of Periodontology.