ハイドロキシアパタイトコーティングした高強度生分解性マグネシウム基合金のラットにおける骨折損傷修復に関する研究

Study of Hydroxyapatite-coated High-strength Biodegradable Magnesium-based Alloy in Repairing Fracture Damage in Rats.

抄録

背景・目的:

ハイドロキシアパタイト（HA）コーティングは金属製インプラントの分解速度と生物活性を向上させることができる。本研究では、骨折修復のためのハイドロキシアパタイトコーティング超微粒子生分解性WE43マグネシウム（HA/UFG-WE43 Mg）インプラントを作製することを目的とした。

BACKGROUND/AIM: Hydroxyapatite (HA) coating can improve the degradation rate and biological activity of metallic implants. This study aimed to fabricate a hydroxyapatite-coated ultrafine-grained biodegradable WE43 magnesium (HA/UFG-WE43 Mg) implant for repairing bone fractures.

材料と方法:

パラレルチューブラチャンネル角型プレス（PTCAP）と物理的気相成長法（PVD）マグネトロンスパッタリングを含むハイブリッドアプローチを採用した．HA/UFG-WE43 Mgサンプルは、その物理化学的および生物学的特性に関して試験された。

MATERIALS AND METHODS: A hybrid approach, including parallel tubular-channel angular pressing (PTCAP) and physical vapour deposition (PVD) magnetron sputtering, was employed. The HA/UFG-WE43 Mg samples were tested in terms of their physicochemical and biological properties.

結果:

加工されたチューブは超微細構造を呈し、2パスPTCAPにより微細構造の均一性が向上した。500℃、60分の熱処理後、250W、90分でUFG-WE43 Mgインプラントに形成されたコーティングの相組成は、HA特性ピークの存在が確認された。ラット骨格筋細胞を試験片に接種し，1，2，6，12，24時間培養した後，細胞の接着と形態を評価した．細胞の増殖速度はCell Counting Kit8 (CCK-8) で調べ，培養3日後の細胞生存率は蛍光顕微鏡で観察した。1、3、5、7、15日のラットの血液中のMgイオン濃度は、HAを沈着させた後、減少していることが示された。

RESULTS: The processed tubes exhibited ultrafine structures and the uniformity of microstructures improved following the two-pass PTCAP. The phase composition of the coating formed on UFG-WE43 Mg implant at 250 W for 90 min after heat treatment at 500°C for 60 min confirmed the presence of the HA characteristic peaks. Rat skeletal muscle cells were inoculated on the specimens and cultured for 1, 2, 6, 12, and 24 h, followed by evaluation of cell adhesion and morphology. The growth rates of cells were examined by the Cell Counting Kit8 (CCK-8) and cell survival was observed after 3 days of culture by fluorescence microscopy. The concentration of Mg ions in the blood of rats on 1, 3, 5, 7, and 15 days showed a reduction in Mg concentration after deposition of HA.

結論:

PTCAP処理と表面改質の組み合わせは、脛骨骨折の治癒につながり、移植部分の組織学的分析では、移植された材料の効率的な生分解と適度な炎症反応が示された。

CONCLUSION: Combination of PTCAP processing followed by surface modification led to tibial fracture healing, and histological analysis of implanted areas demonstrated an efficient biodegradation of the implanted material and a moderate inflammatory reaction.