実験的歯周炎におけるアモキシシリン担持ナノファイバーによるバリア膜の治療効果

The treatment response of barrier membrane with amoxicillin-loaded nanofibers in experimental periodontitis.

• Ming-Hua Ho
• Jeannete Cindy Claudia
• Wei-Chiu Tai
• Kuan-Yu Huang
• Chern-Hsiung Lai
• Ching-He Chang
• Ying-Chieh Chang
• Yu-Chang Wu
• Mark Yen-Ping Kuo
• Po-Chun Chang

抄録

背景:

感染制御は、ガイド付き組織再生（GTR）の主要な決定要因である。本研究では、歯周修復を支援するための抗生物質負荷膜の開発を目的としています。

BACKGROUND: Infection control is a major determinant of guided tissue regeneration (GTR). This study aims to develop an antibiotic-loaded membrane to assist periodontal repair.

方法:

アモキシシリン（PDLLA-AMX）をカプセル化したポリ（D,L-乳酸）（PDLLA）ナノファイバーをエレクトロスピニング法で作製し、その構造、薬物カプセル化効率および放出特性を評価した。ナノファイバー上での歯根膜（PDL）細胞の生存性と挙動、およびナノファイバーの抗菌能力をin vitroで評価した。抗生物質を負荷した膜の早期治療効率を、リガチャー誘発性実験的歯周炎を有するラットで調査し、その結果を、膜配置後7日以内の遺伝子発現、マイクロコンピュータ断層撮影、および組織学によって評価した。

METHODS: Poly(D,L-lactic acid) (PDLLA) nanofibers encapsulating amoxicillin (PDLLA-AMX) were fabricated using the electrospinning technique, and their structures, drug encapsulation efficiency, and release characteristics were assessed. The viability and behaviors of periodontal ligament (PDL) cells on nanofibers, and antibacterial capabilities of nanofibers were evaluated in vitro. Early therapeutic efficiency of the antibiotic-loaded membranes was investigated in rats with ligature-induced experimental periodontitis, and the outcomes were evaluated by gene expression, microcomputed tomography imaging, and histology within 7 days of membrane placement.

結果:

AMXは、PDLLAナノファイバーにカプセル化され、持続的に放出されることに成功した。初期接着が達成された後、細胞はナノファイバーの方向に沿って伸びていった。その結果、PDLLA-AMX群では、PDL細胞の生存率および遊走関連遺伝子の発現が有意に改善され、Streptococcus sanguinisおよびPorphyromonas gingivalisの増殖が対照群と比較して有意に抑制された。PDLLA-AMXを投与した部位では，創傷の脱水疱および溝状炎症が減少した．コラーゲン繊維マトリックスの沈着は、I型コラーゲンとインターロイキン-1βのアップレギュレーションとマトリックスメタロプロテアーゼ-8のダウンレギュレーションによって促進されたが、歯周骨レベルと血管内皮増殖因子とコア結合因子サブユニットα-1の発現は従来の膜治療と同等であった。

RESULTS: AMX was successfully encapsulated in the PDLLA nanofibers and released in a sustained manner. After initial attachment was achieved, cells stretched out along with the directions of nanofibers. The viability and expression of migration-associated gene of PDL cells were significantly improved, and the growth of Streptococcus sanguinis and Porphyromonas gingivalis was significantly reduced in the PDLLA-AMX group compared with the controls. On PDLLA-AMX-treated sites, wound dehiscence and sulcular inflammation were reduced. Collagen fiber matrix deposition was accelerated with upregulated type I collagen and interleukin-1β, and downregulated matrix metalloproteinase-8, whereas periodontal bone level and the expressions of vascular endothelial growth factor and core-binding factor subunit alpha-1 were equivalent to conventional membrane treatment.

結論:

PDLLA-AMXナノファイバーは細菌の増殖を抑制し、初期の細胞付着後のPDL細胞の生存性と移動性を促進した。PDLLA-AMXナノファイバーを用いた膜は、炎症を抑制し、早期に歯周修復を促進し、GTR膜のさらなる開発の可能性を示した。

CONCLUSIONS: PDLLA-AMX nanofibers inhibited bacterial growth and promoted the viability and mobility of PDL cells after initial cell attachment. Membranes with PDLLA-AMX nanofibers reduced inflammation and accelerated periodontal repair at an early stage, providing good prospects for the further development of GTR membranes.

© 2020 American Academy of Periodontology.