異種骨増生における海綿骨チップの添加による骨形成の促進：in vitroおよびin vivo実験

Enhanced osteogenesis by addition of cancellous bone chips at xenogenic bone augmentation: In vitro and in vivo experiments.

抄録

目的:

脱タンパク質化牛骨ミネラル（DBBM）と自家皮質骨チップ（CorBC）または海綿骨チップ（CanBC）を骨移植片として組み合わせた場合の誘導骨再生（GBR）に対する影響をin vivoおよびin vitroで調査し、比較すること。

OBJECTIVES: To investigate and compare the influence of deproteinized bovine bone mineral (DBBM) combined with autologous cortical (CorBC) or cancellous bone chips (CanBC) as bone grafts on guided bone regeneration (GBR) in vivo and in vitro.

材料と方法:

イヌの下顎頬側歯槽骨隆起に欠損を形成し、無作為に3群の骨移植片を充填した：DBBM、DBBM+CorBC、DBBM+CanBCの3群。骨形成は、逐次蛍光標識と組織学的分析によって評価した。さらに、ラットの両側踵骨欠損にDBBM、DBBM+CorBC、DBBM+CanBCをランダムに移植した。対照としてブランク群も加えた。欠損治癒は、組織学的染色、マイクロCT、および定量的ポリメラーゼ連鎖反応によって評価した。細胞メカニズムを明らかにするため、ラット骨髄間葉系幹細胞（rBMSCs）を皮質（CorBCM）または海綿骨調整培地（CanBCM）で刺激し、in vitroでの遊走、増殖、骨形成分化アッセイを行った。

MATERIALS AND METHODS: Defects were created in the mandibular buccal alveolar ridges in dogs and randomly filled with 3 groups of bone grafts: DBBM, DBBM + CorBC, or DBBM + CanBC. Osteogenesis was evaluated by sequential fluorescent labeling and histological analysis. Moreover, rat bilateral calvaria defects were randomly grafted with DBBM, DBBM + CorBC, or DBBM + CanBC. A blank group was included as control. Defect healing was assessed by histological staining, micro-CT, and quantitative polymerase chain reaction. In vitro migration, proliferation, and osteogenic differentiation assays were performed by stimulating rat bone marrow mesenchymal stem cells (rBMSCs) with cortical (CorBCM) or cancellous bone conditioned medium (CanBCM) to unveil the cellular mechanism.

結果:

イヌモデルでは、DBBM+CanBCの増大部位は、他の2群よりも高い無機化組織割合を示した（DBBM：0.61±0.03 対 DBBM+CorBC：0.69±0.07 対 DBBM+CanBC：0.86±0.06; p<.05）。ラットモデルでは、DBBM+CanBCのBV/TV値（0.51±0.01）は、DBBM+CorBC（0.41±0.02）、DBBM（0.31±0.01）およびコントロール（0.10±0.01；p<.01）よりも高かった。さらなる放射線学的、組織学的、転写学的結果も同様の傾向を示した。In vitroの実験から、CorBCM、特にCanBCMはrBMSCsの遊走、増殖、骨形成分化を促進することが明らかになった。

RESULTS: In the canine model, the augmented sites of DBBM + CanBC exhibited higher mineralized tissue proportion than the other two groups (DBBM: 0.61 ± 0.03 versus DBBM + CorBC: 0.69 ± 0.07 versus DBBM + CanBC: 0.86 ± 0.06; p < .05). In the rat model, the BV/TV value of DBBM + CanBC (0.51 ± 0.01) was higher than those of DBBM + CorBC (0.41 ± 0.02), DBBM (0.31 ± 0.01), and Control (0.10 ± 0.01; p < .01). Further radiological, histological and transcriptional results showed similar trends. In vitro experiments revealed that CorBCM and especially CanBCM could enhance rBMSCs migration, proliferation, and osteogenic differentiation.

結論:

In vivoおよびin vitroの実験から、自家骨チップとDBBMの混合が骨形成において好ましい相乗効果を示すことが検証された。さらに、CanBCはCorBCよりも強力な骨形成効果を示した。

CONCLUSION: In vivo and in vitro experiments verified favorable synergistic effect of mixing autologous bone chips with DBBM on osteogenesis. Furthermore, CanBC presented more powerful osteogenic effect than CorBC.