再吸収性のある付加的に製造された足場は、骨外再生された骨に寸法安定性を与えます

Resorbable additively manufactured scaffold imparts dimensional stability to extraskeletally regenerated bone.

• C Vaquette
• J Mitchell
• T Fernandez-Medina
• S Kumar
• S Ivanovski

抄録

既存の骨膜外での垂直方向の骨の寸法安定性の高い再生は、口腔外科の分野では大きな課題となっている。本研究では、添加物製造技術を用いて作製した高多孔質で再吸収性の足場が、再現性のある骨格外骨形成を可能にし、骨吸収を防止することを実証した。顎骨の構造を模倣した医療用グレードのポリカプロラクトン（mPCL）二相性足場は、3Dプリントされた外側シェルと内側の高多孔性溶融電気泳動足場から構成されており、骨格系外の卵の子牛の子牛モデルにおいて、寸法安定した骨再生をサポートする能力を評価した。骨形成能力（第1段階）を調べるために、保護ドームの下に設置した7種類の構築物を移植後8週間後に評価した。空のコントロール、ハイドロゲルを含む二相性足場（PCL-Gel）、BMP-2を75または150μg含有するPCL-Gel（PCL-BMP-75およびPCL-BMP-150）、ハイドロゲルのみ（Gel）、BMP-2を75または150μg含有するGel（Gel-BMP-75およびGel-BMP-150）。寸法安定性（ステージ２）を評価するために、別のコホートにおいて、５匹の動物を、同様に、Ｇｅｌ-ＢＭＰ-１５０およびＰＣＬ-ＢＭＰ-１５０群のそれぞれのサンプルを２個ずつ移植し、８週間の治癒後、保護ドームを除去し、チタンインプラントを再生骨に配置し、さらに８週間治癒させた。骨形成およびオッセオインテグレーションは、マイクロコンピュータ断層撮影、組織学および組織形態学を用いて評価されました。ステージ1では、強化された骨形成は、BMP-2を含むグループ、特に完全な骨の高さの再生が再現性のある方法で達成されたことによって、PCL-BMPの構築物で発見された。BMP-2の高用量投与による骨量の有意な増加は認められなかった。寸法安定性評価（ステージ２）では、保護ドームが除去された後、二相性足場は骨吸収を抑制したが、足場がない場合には、以前にハイドロゲル中に形成された骨が広範囲に吸収された。これは、二相性足場の空間維持特性と寸法安定性に起因するものである。チタンインプラントは、二相性足場内で新たに形成された骨にオッセオインテグレーションされた。結論として、BMP-2を添加して製造した二相性足場は、寸法安定性の高い骨再生を促進し、歯科用インプラントのオッセオインテグレーションをサポートした。

Dimensionally stable vertical bone regeneration outside of the existing bony envelope is a major challenge in the field of orofacial surgery. In this study, we demonstrate that a highly porous, resorbable scaffold fabricated using additive manufacturing techniques enables reproducible extra-skeletal bone formation and prevents bone resorption. An additively manufactured medical grade polycaprolactone (mPCL) biphasic scaffold mimicking the architecture of the jaw bone, consisting of a 3D-printed outer shell overlying an inner highly porous melt electrowritten scaffold, was assessed for its ability to support dimensionally stable bone regeneration in an extraskeletal ovine calvarial model. To investigate bone formation capacity (stage 1), 7 different constructs placed under a protective dome were assessed 8 weeks post-implantation: Empty control, Biphasic scaffold with hydrogel (PCL-Gel), PCL-Gel with 75 or 150 μg of BMP-2 (PCL-BMP-75 and PCL-BMP-150), hydrogel only (Gel), Gel containing 75 or 150 μg of BMP-2 (Gel-BMP-75 and Gel-BMP-150). To assess dimensional stability (stage 2), in a separate cohort, 5 animals were similarly implanted with 2 samples of each of the Gel-BMP-150 and PCL-BMP-150 groups, and after 8 weeks of healing, the protective domes were removed and titanium implants were placed in the regenerated bone and allowed to heal for a further 8 weeks. Bone formation and osseointegration were assessed using micro-computed tomography, histology and histomorphometry. In stage 1, enhanced bone formation was found in the BMP-2 containing groups, especially the PCL-BMP constructs whereby regeneration of full bone height was achieved in a reproducible manner. There was no significant bone volume increase with the higher dose of BMP-2. In the dimensional stability assessment (stage 2), after the rtemoval of the protective dome, the biphasic scaffold prevented bone resorption whereas in the absence of the scaffold, the bone previously formed in the hydrogel underwent extensive resorption. This was attributed to the space maintenance properties and dimensional stability of the biphasic scaffold. Titanium implants osseointegrated into the newly formed bone within the biphasic scaffolds. In conclusion, additively manufactured biphasic scaffolds functionalized with BMP-2 facilitated dimensionally stable bone regeneration that supported dental implant osseointegration.

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