骨免疫調節バイオマテリアルの現状と展望

The State of the Art and Prospects for Osteoimmunomodulatory Biomaterials.

• Andreea-Mariana Negrescu
• Anisoara Cimpean

抄録

異物や病原体に対する宿主の防御において、免疫系が重要な役割を果たしていることは古くから知られている。骨免疫学という新しい研究分野が導入されたことにより、免疫系と骨形成細胞のクロストークがより詳細に研究されるようになり、この2つのシステムは様々なサイトカイン、シグナル分子、転写因子、受容体を介して密接につながっているという結論に至った。生体材料の移植によって引き起こされる宿主の免疫反応は、生体内でのインプラントの運命を決定し、新しい骨が形成されるか、あるいは繊維組織に包まれるかを決定する。従来のバイオマテリアルの設計では、骨形成を促進することができる不活性なバイオマテリアルを製造することであったが、in vitroとin vivoの結果の間に矛盾があることが報告された。このことから、バイオマテリアルの開発は、骨免疫調整作用を持つインプラントへとシフトしていきました。整形外科用バイオマテリアルに良好な骨免疫調節特性を付与することで、望ましい免疫反応を引き起こし、適切な骨再生プロセスを得ることができる。このような観点から、免疫細胞とのクロストークを調整するために、化学的・構造的特性の変更や生物活性分子の組み込みなど、様々なアプローチが採用されている。本レビューでは、そのような応用戦略の最近の進展について概観する。

The critical role of the immune system in host defense against foreign bodies and pathogens has been long recognized. With the introduction of a new field of research called osteoimmunology, the crosstalk between the immune and bone-forming cells has been studied more thoroughly, leading to the conclusion that the two systems are intimately connected through various cytokines, signaling molecules, transcription factors and receptors. The host immune reaction triggered by biomaterial implantation determines the in vivo fate of the implant, either in new bone formation or in fibrous tissue encapsulation. The traditional biomaterial design consisted in fabricating inert biomaterials capable of stimulating osteogenesis; however, inconsistencies between the in vitro and in vivo results were reported. This led to a shift in the development of biomaterials towards implants with osteoimmunomodulatory properties. By endowing the orthopedic biomaterials with favorable osteoimmunomodulatory properties, a desired immune response can be triggered in order to obtain a proper bone regeneration process. In this context, various approaches, such as the modification of chemical/structural characteristics or the incorporation of bioactive molecules, have been employed in order to modulate the crosstalk with the immune cells. The current review provides an overview of recent developments in such applied strategies.