3Dバイオプリント歯肉線維芽細胞封入ADMスキャフォールドの角化歯肉増大効果評価

Evaluation of the effect of 3D-bioprinted gingival fibroblast-encapsulated ADM scaffolds on keratinized gingival augmentation.

抄録

背景と目的:

角化歯肉は、健康な歯周組織およびインプラント周囲組織の維持に重要な役割を果たしている。代用生体材料としてのアセルラー真皮マトリックス（ADM）は、多孔質構造を有し、生体適合性に優れている。3Dバイオプリンティングは、細胞を層ごとに正確に担持することができるため、組織工学の可能性を秘めている。ここでは、歯肉線維芽細胞(GF)を包埋したADMスキャフォールドをバイオプリンティングし、in vivoでの角化歯肉増大における有効性を評価し、臨床的な歯周組織再生への可能性を検討した。

BACKGROUND AND OBJECTIVES: The keratinized gingiva plays an important role in maintaining healthy periodontal and peri-implant tissue. Acellular dermal matrix (ADM), as a substitute biomaterial, has a porous structure and good biocompatibility. 3D-bioprinting has the potential for tissue engineering because it enables precise loading of cells layer-by-layer. Herein, we bioprinted ADM scaffold encapsulating gingival fibroblasts (GFs) and evaluated its efficacy in keratinized gingiva augmentation in vivo to assess its potential for clinical periodontal tissue regeneration.

方法:

ビーグルの歯肉からGFを抽出し、緑色蛍光タンパク質（GFP）を導入した。ADM、ゼラチン、アルギン酸ナトリウムを適切な割合で混合したADMスキャフォールド（ADM無細胞群）を3Dバイオプリンティングにより作製した。ADM細胞足場（ADM細胞群）は、同様にGFを追加して構築した。6頭のビーグルをブランクコントロール群、ADM細胞フリー群、ADM細胞群に分け、インプラント手術を行った。ベースライン時および2ヵ月後に角化歯肉を臨床的および組織学的に評価した。

METHODS: GFs were extracted from the gingiva of beagles and transfected with a green fluorescent protein (GFP). The ADM scaffold (ADM cell-free group) was constructed using ADM, gelatin, and sodium alginate mixed at an appropriate ratio via 3D-bioprinting. The ADM cell scaffold (ADM cell group) was established by adding extra GFs in the same manner. Six beagles were divided into blank control, ADM cell-free, and ADM cell groups; and implant surgery was performed. The keratinized gingiva was clinically and histologically evaluated at baseline and after 2 months.

結果:

GFPを導入したGFは緑色の蛍光を発し、ADM細胞群では新生組織に存在したが、ADM細胞フリー群では観察されなかった。術後2ヶ月の時点で、ADM細胞群の角化歯肉増大はADM細胞無添加群よりも有意に多かった。また、付着歯肉の増大もADM細胞群でADM細胞非含有群より多く観察された。組織学的染色では、ADM細胞群の組織は、ADM細胞無添加群に比べ、より統合された構造を示し、COL I、COL III、VEGF-Aの発現が高かった。

RESULTS: GFs transfected with GFPs expressed green fluorescence and were present in new tissue in the ADM cell group and not observed in the ADM cell-free group. At 2 months after surgery, the keratinized gingival augmentation in the ADM cell group was significantly more than that in the ADM cell-free group. Attached gingival augmentation was also observed more in the ADM cell group than that in the ADM cell-free group. Histological staining showed that the tissue in the ADM cell group displayed a more integrated structure and higher expression of COL I, COL III, and VEGF-A than those in the ADM cell-free group.

結論:

3DバイオプリンティングでGFを封入したADM足場は、in vivoで角化歯肉の量を増加させた。このことは、3Dバイオプリンティングが口腔軟組織再生に大きな可能性を持つことを示唆している。

CONCLUSION: 3D-bioprinted GF-encapsulated ADM scaffolds increased the amount of keratinized gingiva in vivo, suggesting that 3D-bioprinting has great potential for oral soft tissue regeneration.