シムバスタチンハイドロゲルを充填した多孔質チタンケージを3Dプリントすると、アカゲザルの骨の成長と脊椎固定が促進される

3D printed porous titanium cages filled with simvastatin hydrogel promotes bone ingrowth and spinal fusion in rhesus macaques.

• Wen Zhang
• Chuiguo Sun
• Junxiong Zhu
• Weifang Zhang
• Huijie Leng
• Chunli Song

抄録

三次元（3D）印刷技術は、生物学的活性を欠くものの、個別化された外形、内部の多孔質構造、天然骨に近い弾性率を有するインプラントを製造することが可能である。ここでは、シンバスタチン/ポロキサマー407ハイドロゲルを充填した多孔質チタンケージを電子線溶融法で開発し、骨の成長と脊椎融合を評価した。6頭の成体雄アカゲザルを対象に、L3/4（シンバスタチンやハイドロゲルを使用しないケージ）、L4/5（ハイドロゲル中にシンバスタチン0.5mgを充填したケージ）、L5/6（ハイドロゲル中にシンバスタチン0mgを充填したケージ）の各セグメントの体間癒合を行った。18F-NaF PET/CTイメージングの結果、シンバスタチン/ポロキサマー407ハイドロゲルが骨血流、骨芽細胞活性、骨イングロウを増加させることが確認された。シムバスタチンハイドロゲルを含む3Dプリント多孔質ケージは、骨の成長と脊椎固定を促進し、臨床応用に向けた便利で有望な方法であると結論づけた。PET/CTを用いて骨芽細胞活性をモニターすることで、前臨床試験や臨床的な術後評価での椎間固定効果を評価する新たな方法を提供できる可能性がある。

Three-dimensional (3D) printing technology can be used to manufacture implants with individualized external shapes, internal porous structures and elastic moduli similar to those of natural bone, although such implants lack biological activity. Here, we developed a porous titanium cage by electron beam melting that was filled with simvastatin/poloxamer 407 hydrogel and evaluated bone ingrowth and spinal fusion. Six adult male rhesus macaques underwent interbody fusion of the L3/4 (cage without simvastatin or hydrogel), L4/5 (cage with 0.5 mg simvastatin in hydrogel) and L5/6 (cage with 0 mg simvastatin in hydrogel) segments. 18F-NaF PET/CT imaging confirmed that simvastatin/poloxamer 407 hydrogel increased bone blood flow, osteoblastic activity and bone ingrowth; histological analysis demonstrated that simvastatin/poloxamer 407 hydrogel promoted bone ingrowth in and osseointegration around the L4/5 cages; and biomechanical analysis verified that simvastatin/poloxamer 407 hydrogel enhanced spinal fusion. We conclude that 3D-printed porous cages containing simvastatin hydrogel promote bone ingrowth and spinal fusion, which could be a convenient and promising method for clinical translation. Using PET/CT to monitor the osteoblast activity may provide a new method for assessing the intervertebral fusion effect in preclinical study or clinical postoperative evaluation.