治療分子を供給するメソポーラス生物活性ガラスナノ粒子の能力

無機生物活性ナノ材料は、骨置換複合材料のナノコンポーネントや治療を提供するためのナノベチクルを含む、硬質組織の再生に魅力的です。生物活性ガラスナノ粒子（BGN）は最近、骨および歯の再生として潜在的な有用性を獲得しました。ここでは、メソポアを使用したBGNの能力を実証し、治療分子（薬物および特に遺伝子）を積み込みます。サイズが80〜90 nmの球状BGNを生成して、Sono-reacted Sol-Gelプロセスを通じて3〜5 nmサイズのメソポアを取得しました。メソポーラスBGNのシミュレートされた体液試験により、優れたアパタイト形成能力が確認され、細胞毒性研究により最大100μgmL（-1）までの良好な細胞生存率が示されました。化学薬物（Na-アピシリン）や遺伝子（小干渉RNA; siRNA）などの小分子は、ナノ粒子のメソポアサイズを考慮したモデル薬として導入されました。さらに、アミン官能化により、BGNの切り替え可能な表面電荷特性（-20-30 mVから +20-30 mV）が可能になりました。数時間（約2時間）以内にアンピシリンまたはsiRNAの負荷が飽和し、メソポアの構造を反映しました。アンピシリンは比較的急速に（〜12時間）放出されましたが、siRNAはほぼゼロオーダーの速度で最大3日間放出され続けました。siRNAナノ粒子は細胞によって簡単に取り上げられ、トランスフェクション効率は〜80％になりました。BCL-2モデル遺伝子を使用して検査したように、BGNから送達されたsiRNAのサイレンシング効果は、劇的なダウンレギュレーション（コントロールの約15％）を示し、遺伝子の新しいクラスのナノベククルとしてのBGNの潜在的な使用を示唆しています。これは、サイズおよびメソポア関連の高表面積と細孔体積、調整可能な表面化学、アパタイト形成能力、良好な細胞生存率、およびイオン関連の刺激効果の可能性を含む他の魅力的な特性と組み合わせて、硬質組織再生におけるBGNの有用性を高めます。

Inorganic bioactive nanomaterials are attractive for hard tissue regeneration, including nanocomponents for bone replacement composites and nanovehicles for delivering therapeutics. Bioactive glass nanoparticles (BGn) have recently gained potential usefulness as bone and tooth regeneratives. Here we demonstrate the capacity of the BGn with mesopores to load and deliver therapeutic molecules (drugs and particularly genes). Spherical BGn with sizes of 80-90 nm were produced to obtain 3-5 nm sized mesopores through a sono-reacted sol-gel process. A simulated body fluid test of the mesoporous BGn confirmed their excellent apatite forming ability and the cellular toxicity study demonstrated their good cell viability up to 100 μg ml(-1). Small molecules like chemical drug (Na-ampicillin) and gene (small interfering RNA; siRNA) were introduced as model drugs considering the mesopore size of the nanoparticles. Moreover, amine-functionalization allowed switchable surface charge property of the BGn (from -20-30 mV to +20-30 mV). Loading of ampicillin or siRNA saturated within a few hours (~2 h) and reflected the mesopore structure. While the ampicillin released relatively rapidly (~12 h), the siRNA continued to release up to 3 days with almost zero-order kinetics. The siRNA-nanoparticles were easily taken up by the cells, with a transfection efficiency as high as ~80%. The silencing effect of siRNA delivered from the BGn, as examined by using bcl-2 model gene, showed dramatic down-regulation (~15% of control), suggesting the potential use of BGn as a new class of nanovehicles for genes. This, in conjunction with other attractive properties, including size- and mesopore-related high surface area and pore volume, tunable surface chemistry, apatite-forming ability, good cell viability and the possible ion-related stimulatory effects, will potentiate the usefulness of the BGn in hard tissue regeneration.