組換えヒト骨形態形成蛋白質-7と骨原性培地の併用は、ナノハイドロキシアパタイト/コラーゲン/ポリ（L-ラクチド）上に播種したヒト臍帯間葉系幹細胞の骨再生に理想的な相乗効果をもたらさない可能性があることが示唆された

Combined use of recombinant human bone morphogenetic protein-7 and osteogenic media may have no ideal synergistic effect on bone regeneration of human umbilical cord mesenchymal stem cells seeded on nano-hydroxyapatite/collagen/poly (L-lactide).

• Lingling E
• Tao Cheng
• Chuanjie Li
• Rong Zhang
• Shuo Zhang
• Hongchen Liu
• Wenjie Zheng

抄録

ヒト臍帯間葉系幹細胞(hUC-MSCs)は、間葉系幹細胞(MSC)の代替供給源として有望であり、臨床利用には非常に魅力的である。本研究では、ナノハイドロキシアパタイト/コラーゲン/ポリ（L-ラクチド）（nHAC/PLA）上に播種したhUC-MSCsの骨再生に対する組換えヒト骨形態形成蛋白質-7（rhBMP-7）および/または骨原性培地（OMD）の効果をウサギモデルで検討した。幹細胞の特性は、可塑性接着性、細胞表現型、多系統分化能により解析した。細胞増殖はCCK-8アッセイを用いて調べた。骨原性分化は、定量的なCa2+濃度、PO43-濃度、アルカリホスファターゼ(ALP)活性、オステオカルシン(OCN)分泌、鉱物化マトリックス形成により評価した。ウサギの顎骨欠損修復における骨再生については、マイクロCT、蛍光標識、ヘマトキシリンエオシン染色を用いて検討した。その結果、初期ストレス応答を除いて、OMDとOMD+rhBMP-7はnHAC/PLA上に播種したhUC-MSCsの増殖を抑制し、rhBMP-7は非対数期の細胞増殖を抑制し、OMDの細胞増殖抑制効果を減衰させた。OMD、rhBMP-7、OMD+rhBMP-7の細胞増殖抑制効果は、OMD＞OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7となった。OMD, rhBMP-7及びOMD+rhBMP-7は、nHAC/PLA上に播種したhUC-MSCsのCa2+濃度、PO43-濃度、ALP活性、OCN分泌及び鉱物化マトリックス形成を促進した。OMD、rhBMP-7及びOMD+rhBMP-7のCa2+濃度、PO3-4濃度、ALP活性、OCN分泌及び鉱物化マトリックス形成に対する促進効果は、rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7、OMD+rhBMP-7＞rhBMP-7の順であった。OMD>OMD+rhBMP-7、OMD>OMD+rhBMP-7>rhBMP-7、OMD>rhBMP-7>OMD+rhBMP-7、rhBMP-7>OMD+rhBMP-7>OMD、OMD>rhBMP-7>OMD+rhBMP-7、OMD>rhBMP-7>OMD+rhBMP-7とそれぞれランク付けされた。ウサギの顎骨欠損修復において、OMD,rhBMP-7及びOMD+rhBMP-7はnHAC/PLA上に播種したhUC-MSCsの骨再生を促進したが、rhBMP-7を添加した培養物では最大の骨量と骨形成率が得られた。これらの結果から、rhBMP-7とOMDの併用は、nHAC/PLA上に播種したhUC-MSCsの骨再生に理想的な相乗効果をもたらさない可能性が示唆された。

Human umbilical cord mesenchymal stem cells (hUC-MSCs) are a promising alternative source of mesenchymal stem cells (MSCs) that are enormously attractive for clinical use. This study was designed to investigate the effect of recombinant human bone morphogenetic protein-7 (rhBMP-7) and/or osteogenic media (OMD) on bone regeneration of hUC-MSCs seeded on nano-hydroxyapatite/collagen/poly (L-lactide) (nHAC/PLA) in a rabbit model. The characteristics of stem cells were analyzed by plastic adherence, cell phenotype and multilineage differentiation potential. Cell proliferation was examined using CCK-8 assay. Osteogenic differentiation was evaluated by quantitative Ca2+ concentration, PO43- concentration, alkaline phosphatase (ALP) activity, osteocalcin (OCN) secretion and mineralized matrix formation. Bone regeneration was investigated in jaw bone defect repair in rabbit by micro-CT, fluorescent labeling and hematoxylin eosin staining. Except for initial stress response, OMD and OMD+rhBMP-7 inhibited the proliferation of hUC-MSCs seeded on nHAC/PLA; rhBMP-7 inhibited cell proliferation in the non-logarithmic phase and attenuated the inhibitory effect of OMD on cell proliferation. The inhibitory effects of OMD, rhBMP-7 and OMD+rhBMP-7 on cell proliferation were ranked as OMD>OMD+rhBMP-7>rhBMP-7. OMD, rhBMP-7 and OMD+rhBMP-7 promoted Ca2+ concentration, PO43- concentration, ALP activity, OCN secretion and mineralized matrix formation of hUC-MSCs seeded on nHAC/PLA. The promoting effects of OMD, rhBMP-7 and OMD+rhBMP-7 on Ca2+ concentration, PO3-4 concentration, ALP activity, OCN secretion and mineralized matrix formation were ranked as rhBMP-7>OMD>OMD+rhBMP-7, OMD>OMD+rhBMP-7>rhBMP-7, OMD>rhBMP-7>OMD+rhBMP-7, rhBMP-7>OMD+rhBMP-7>OMD and OMD>rhBMP-7>OMD+rhBMP-7, respectively. In rabbit jaw bone defect repair, OMD, rhBMP-7 and OMD+rhBMP-7 enhanced bone regeneration of hUC-MSCs seeded on nHAC/PLA, but the largest bone mineral apposition rate and bone formation were presented in cultures with rhBMP-7. These findings suggested that the combined use of rhBMP-7 and OMD may have no ideal synergistic effect on bone regeneration of hUC-MSCs seeded on nHAC/PLA in rabbit jaw bone defect.