げっ歯類の臨界サイズのカルバリアル欠陥のための3次元亜鉛が組み込まれたホウケイ酸生物活性ガラス足場の修復と再生

骨形成能力が高い生体材料は集中的に調査されています。この研究では、in vitroおよびin vivoでのBG-Zn足場の生物活性と骨形成をげっ歯類のカルバリアル欠陥モデルと評価しました。ホウケイ酸塩の生物活性ガラスを含む亜鉛は、1.5、5、10 wt。％ZnO（それぞれBG-1.5ZN、BG-5ZN、およびBG-10ZNとして示されるドーピングガラスで調製しました。シミュレートされた体液に浸ると、ドーパントZnOは分解プロセスを遅らせましたが、長期浸漬後のヒドロキシアパタイト（HA）の形成に影響しませんでした。BG-ZN足場は、Znイオンの制御された放出が8週間以上培地に放出されたことを示しました。ヒト骨髄由来幹細胞（HBMSC）は、BG-1.5ZNおよびBG-5ZN足場によく付属しており、HBMSCに対して細胞毒性を示しませんでした。さらに、HBMSCのアルカリホスファターゼ活性は、ガラスのドーパント量の増加とともに増加しましたが、BG-10ZNグループはZnの過剰投与を示しました。さらに、8週間ラットのカルバリアル欠陥に埋め込まれた場合、BG-5ZN足場は、非ドーピング足場と比較して骨組織を再生する能力が著しく良いことを示しました。一般的に、これらの結果は、骨形成能力が高いBG-ZN足場が、骨組織の修復と再生を使用する有望な候補であることを示しています。

The biomaterials with high osteogenic ability are being intensively investigated. In this study, we evaluated the bioactivity and osteogenesis of BG-Zn scaffolds in vitro and in vivo with a rodent calvarial defects model. Zinc containing borosilicate bioactive glass was prepared by doping glass with 1.5, 5 and 10 wt.% ZnO (denoted as BG-1.5Zn, BG-5Zn and BG-10Zn, respectively). When immersed in simulated body fluid, dopant ZnO retarded the degradation process, but did not affect the formation of hydroxyapatite (HA) after long-period soaking. BG-Zn scaffolds showed controlled release of Zn ions into the medium for over 8 weeks. Human bone marrow derived stem cells (hBMSCs) attached well on the BG-1.5Zn and BG-5Zn scaffolds, which exhibited no cytotoxicity to hBMSCs. In addition, the alkaline phosphatase activity of the hBMSCs increased with increasing dopant amount in the glass, while the BG-10Zn group showed over-dose of Zn. Furthermore, when implanted in rat calvarial defects for 8 weeks, the BG-5Zn scaffolds showed a significantly better capacity to regenerate bone tissue compared to the non-doping scaffolds. Generally, these results showed the BG-Zn scaffolds with high osteogenic capacity will be promising candidates using in bone tissue repair and regeneration.