骨組織工学のための真珠由来ハイドロキシアパタイト足場の焼結プロセスの効果

Effects of the Sintering Process on Nacre-Derived Hydroxyapatite Scaffolds for Bone Engineering.

• Rohaya Megat Abdul Wahab
• Nurmimie Abdullah
• Shahrul Hisham Zainal Ariffin
• Che Azurahanim Che Abdullah
• Farinawati Yazid

抄録

ハイドロキシアパタイト足場は、その化学成分が天然の骨を模倣しているため、骨組織工学に適した生体材料である。ハイドロキシアパタイトの表面に存在する電子状態は、タンパク質やDNAなどの生体分子の吸着や伝達を促進するために利用される可能性がある。本研究では、焼結体と非焼結体のハイドロキシアパタイト足場の形態と生物活性を比較することを目的としている。本研究では、焼結体と非焼結体のハイドロキシアパタイト足場の形態と生物活性を比較することを目的とし、電界放出型走査型電子顕微鏡（FESEM）とマイクロコンピュータ断層撮影（microCT）を用いて両足場の形態を評価した。足場は、MC3T3-E1前胚芽細胞（MC3T3-E1）と5×10/cmの共培養を7、14、21日間行った。細胞の形態を観察するためにFESEMを使用し、両方の足場上の細胞の細胞生存能および分化能を決定するためにMTTおよびアルカリホスファターゼ（ALP）アッセイを実施した。骨芽細胞マーカーの発現を同定するためにリアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（rtPCR）を用いた。その結果、焼結体は非焼結体に比べて多孔質な微細構造を有しており、相互に連結した細孔が存在していた。また、この焼結体はMC3T3-E1前骨芽細胞の生存性と分化を有意にサポートした（<0.05）。また、14日間の培養後には、Col1α1とオステオカルシン（OCN）骨芽細胞マーカーの顕著な発現が観察された（<0.05）。また、焼結体は骨芽細胞前駆細胞の付着、生存、分化をサポートしていた。このことから、真珠層由来のハイドロキシアパタイト焼結体は、骨組織工学のための有望な生体材料であると考えられる。

A hydroxyapatite scaffold is a suitable biomaterial for bone tissue engineering due to its chemical component which mimics native bone. Electronic states which present on the surface of hydroxyapatite have the potential to be used to promote the adsorption or transduction of biomolecules such as protein or DNA. This study aimed to compare the morphology and bioactivity of sinter and nonsinter marine-based hydroxyapatite scaffolds. Field emission scanning electron microscopy (FESEM) and micro-computed tomography (microCT) were used to characterize the morphology of both scaffolds. Scaffolds were co-cultured with 5 × 10/cm of MC3T3-E1 preosteoblast cells for 7, 14, and 21 days. FESEM was used to observe the cell morphology, and MTT and alkaline phosphatase (ALP) assays were conducted to determine the cell viability and differentiation capacity of cells on both scaffolds. Real-time polymerase chain reaction (rtPCR) was used to identify the expression of osteoblast markers. The sinter scaffold had a porous microstructure with the presence of interconnected pores as compared with the nonsinter scaffold. This sinter scaffold also significantly supported viability and differentiation of the MC3T3-E1 preosteoblast cells ( < 0.05). The marked expression of Col1α1 and osteocalcin (OCN) osteoblast markers were also observed after 14 days of incubation ( < 0.05). The sinter scaffold supported attachment, viability, and differentiation of preosteoblast cells. Hence, sinter hydroxyapatite scaffold from nacreous layer is a promising biomaterial for bone tissue engineering.