骨修復に有用な結晶内包生体分子の適時放出のための特定可能なバイオミメティックマイクロスポンジ

Specifiable biomimetic microsponges for timed release of crystal entrapped biomolecules useful in bone repair.

• David W Green
• Artemis Stamboulis
• Besim Ben-Nissan

抄録

ほとんどの海洋材料は、自然界では、臨床応用に利用できる生体分子のローディング、放出、および送達を可能にする特定の構造を有する無機物の結晶を含んでいる。これらの構造は、バイオミメティックに合成することができる。バイオミメティックマイクロスポンジによって生成された無機粒子の凝集体は、細胞の付着、組織化、およびマトリックス合成の促進のための表面および構造を提供することができる。バイオミメティックマイクロスポンジは、生体分子の種類に応じて、速度（距離に対する速度）、速度（方向転換率）、時間経過に伴う排出量が異なる、可変放出プロファイルを有するものが開発されている。具体的には、関与するタンパク質の種類は、マイクロスポンジと物理的に接触している細胞を誘導し、調節し、例えば、体細胞のリプログラミング、表現型の切り替え、または幹細胞の分化を指定します。これらのマイクロスポンジのためのアプリケーションは、局所化された細胞の遺伝子トランスフェクション、およびＲＧＤ細胞接着性ペプチドの外部化された表示による骨マトリックス合成の促進、および結晶の巻き込み、閉塞、吸着および注入されたｒｈＢＭＰ-２およびプラスミドの放出を含む。デノボ骨形成に必要な要件は、骨細胞が新しい骨組織を産生するための強固な構造である。本研究では、バイオミメティックマイクロスポンジが、骨修復のための骨伝導性充填材として、骨の再生にも影響を与える可能性があることを明らかにしました。主に、マイクロスポンジは、他の多くの骨微粒子とは異なり、バイオミネラル結晶構造のプリズムを介して活性な再生生体分子を固体状態で統合することにより、顕著な骨伝導性を提供しています。

Most marine materials, by nature, contain crystals of inorganic matter with specific structures that allow the loading, release, and delivery of biomolecules that can be utilized in clinical applications. These structures can be biomimetically synthesized. Aggregates of inorganic particles generated by biomimetic microsponges may provide surfaces and structures for cell attachment, organization, and promotion of matrix synthesis. Biomimetic microsponges have been developed with tunable release profiles differing by the rate (speed over distance), velocity (rate of change in direction), and the quantity discharged over time, according to biomolecular species. Specifically, the types of proteins involved guide and regulate cells in physical contact with the microsponges, for instance, reprogramming somatic cells, the switching phenotypes, or specifying stem cell differentiation. Applications for these microsponges include gene transfection of localized cells and promotion of bone matrix synthesis by the externalized display of RGD cell adhesive peptides and the release of crystal entrapped, occluded, adsorbed and infused rhBMP-2 and plasmid. A requirement for de novo bone formation is a solid structure to enable osteocytes to lay new bone tissue. In this study, biomimetic microsponges highlight tremendous potential as osteoconductive packing material in bone repair with parallel influence on regeneration. Majorly, microsponges offer pronounced osteoinductivity, unlike many other bone particulates, by solid-state integration of active regenerative biological molecules through the prism of the biomineral crystalline structure.