骨再生のためのポリ乳酸/ポリビニルアルコールで被覆したハイドロキシアパタイトナノ粒子複合体の調製と生分解性の特性

Preparation and biodegradable properties of hydroxyapatite nanoparticle composite coated with poly lactic-co-glycolic acid/polyvinyl alcohol for bone regeneration.

• Feni Istikharoh
• Hidayat Sujuti
• Edi Mustamsir
• Astika Swastirani

抄録

背景:

抜歯後6ヶ月で骨量が急激に増加し、歯槽骨の萎縮を引き起こします。骨の再生を促すことができる生体材料には、バイオセラミックスとポリマーの2種類があります。生体材料を複合化することで、バイオセラミックやポリマー単体と比較して、より優れた物理的・生体分子特性が得られます。ハイドロキシアパタイトナノ粒子（HANPs）は、骨再生のために一般的に使用されるバイオセラミックスの一つであり、ハイドロキシアパタイト（HA）微粒子よりも早く分解することができますが、十分な細孔径を有していません。ポリビニルアルコール（PVA）やポリ乳酸-コ-グリコール酸（PLGA）は、バイオメディカル用途に使用されてきたポリマーである。しかし、PLGAだけでは細胞接着性が不十分であり、PVAだけでは骨組織内での分解が遅いという問題がある。

BACKGROUND: Bone loss rapidly increases 6 months post tooth extraction, which causes the atrophy of the alveolar bone. Two kinds of biomaterials which can stimulate bone regeneration are bioceramics and polymers. Making a composite of biomaterials results in better physical and biomolecular characteristics in comparison with a bioceramic or a polymer alone. Hydroxyapatite nanoparticles (HANPs) are one of the bioceramics commonly used for bone regeneration; they can degrade faster than hydroxyapatite (HA) microparticles, but have an insufficient pore size. Polyvinyl alcohol (PVA) and poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) are polymers which have been used for biomedical applications. However, PLGA alone has insufficient cell attachment and PVA alone slowly degrades in the bone tissue.

目的:

本研究では、HANP/PLGA/PVA複合材の生分解特性を解析し、細孔径を調査することを目的とした。

OBJECTIVES: The aim of the present study was to analyze the biodegradation properties of the HANP/PLGA/PVA composites and investigate the pore size.

材料と方法:

HANP/PLGA/PVA 複合体は，凍結乾燥法を用いて HANP を 20%(w/w)，PLGA を 20%(w/w)添加して調製した．凍結乾燥法により HANP/PLGA/PVA 複合体を作製し，電界放出型走査型電子顕微鏡（FE-SEM）法によりモルフォロジーと細孔径を測定した．生分解特性は，1週間，3週間及び6週間の吸水量及び水損失を計算することにより決定した。統計解析は、p < 0.05での一方向分散分析（ANOVA）に基づいて行った。

MATERIAL AND METHODS: The HANP/PLGA/PVA composites were prepared using the freeze-drying method, with 20% (w/w) of HANP and 20% (w/w) of PLGA. Morphology and the pore size were determined by means of the field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) analysis. Biodegradation properties were determined by calculating water uptake and water loss for 1, 3 and 6 weeks. Statistical analysis was performed based on the one-way analysis of variance (ANOVA) at p < 0.05.

結果:

HANP/PLGA/PVA 複合材料は，他の材料に比べて平均細孔径が最も大きく，表面が粗くなっていた（176.00 ±61.93 μm; p < 0.05）．さらに、HANP/PLGA/PVA複合材は、3週目（730.46％；p＜0.05）と6週目（731.07％；p＜0.05）に有意に水を取り込み、6週目には水の損失（67.69％；p＜0.05）が最も大きかった。

RESULTS: The HANP/PLGA/PVA composites had the greatest mean pore size and a rougher surface than others (176.00 ±61.93 μm; p < 0.05). Moreover, the HANP/PLGA/PVA composites had the greatest water uptake, significantly in the 3rd (730.46%; p < 0.05) and 6th weeks (731.07%; p < 0.05), and water loss in the 6th week (67.69%; p < 0.05).

結論:

HANP/PLGA/PVA複合材料は、最適な細孔径、形態、分解性を有しており、抜歯後の歯槽欠損部の修復に有効な骨足場として高い可能性を示しています。

CONCLUSIONS: The HANP/PLGA/PVA composites have optimal pore size, morphology and degradability, which shows their high potential as an effective bone scaffold to repair the alveolar defect post tooth extraction.