ナノヒドロキシパプテイト（ナノハ）コーティングエピガロカテキン-3-ガレート（EGCG）架橋コラーゲン膜の評価

コラーゲンは、望ましい生物学的活性と低抗原性を備えた細胞外マトリックス（ECM）の主要成分です。コラーゲン材料は、硬い組織の成長のためのスペースを維持する能力により、誘導骨再生（GBR）手術で広く利用されています。ただし、純粋なコラーゲンには最適な機械的特性がありません。私たちの以前の研究では、エピガロカテキン-3-ガレート（EGCG）架橋コラーゲン膜は、より良い生物学的活性と機械的特性の強化を伴う、骨芽細胞の増殖を促進する可能性がありますが、骨芽細胞の分化への影響はそれほど有意ではありません。ナノヒドロキシアパタイト（Nano-Ha）は、良好な生体適合性、骨転動率と骨誘導率、非免疫性、非炎症性挙動を含む例外的な生物活性特性を備えたミネラル骨の主要成分です。ここで、物理的および化学的特性と骨再生の促進への影響を分析することにより、Nano-Haコーティングを伴う新規EGCG修飾コラーゲン膜を提示しようとし、新規コラーゲン膜が骨再生を促進する可能性があるという証拠を見つけました。コラーゲンの骨格を破壊することなく、より良い表面形態を備えています。純粋なコラーゲン膜の表面形態、化学的および機械的特性を評価するために、エピガロカテキン-3-ガレート（EGCG）架橋コラーゲン膜、ナノハコーティングコラーゲン膜、ナノハコーティングEGCGコラゲン膜、（II）これらの膜によって促進される骨再生。本研究では、コラーゲン膜を4つのグループに分割しました：（1）未処理のコラーゲン膜（2）EGCG架橋コラーゲン膜（3）Nano-HA修飾コラーゲン膜（4）Nano-HA修飾EGCGコラー膜。走査型電子顕微鏡（SEM）およびフーリエ変換赤外線分光法（FTIR）を使用して、それぞれ表面の形態と化学的特性を評価しました。機械的特性は、微分スキャン熱量計（DSC）および弾性弾性率（EM）測定によって決定されました。次に、12匹のラットで、4種類の膜をランダムに適用して、ラットのカルバリアル欠陥を覆いました。動物は8週間で犠牲にされました。ヘマトキシリン - エオシン（H＆E）染色とマッソンのトリクローム染色を使用して、組織学的分析を実施しました。統計分析のために、分散分析（ANOVA）とそれに続くTukeyの多重比較テストが適用されました。HAナノ粒子は、滑らかな表面を持つナノ-HA修飾EGCGコラーゲン膜のコラーゲン繊維の間にかなりよく分布したナノ粒子でした。さらに、修飾を伴うコラーゲン膜はすべてコラーゲンの骨格を維持し、機械的特性はEGCGおよびナノ-HA治療によって強化されました。さらに、Nano-HAコーティングを備えたEGCG架橋コラーゲン膜が骨再生を促進しました。Nano-HA修飾EGCGコラーゲン膜は、GBR手術の骨再生を強化するためにバリア膜として利用できます。

Collagen is the main component of extracellular matrix (ECM) with desirable biological activities and low antigenicity. Collagen materials have been widely utilized in guided bone regeneration (GBR) surgery due to its abilities to maintain space for hard tissue growth. However, pure collagen lacks optimal mechanical properties. In our previous study, epigallocatechin-3-gallate (EGCG) cross-linked collagen membranes, with better biological activities and enhanced mechanical properties, may promote osteoblast proliferation, but their effect on osteoblast differentiation is not very significant. Nanohydroxyapatite (nano-HA) is the main component of mineral bone, which possesses exceptional bioactivity properties including good biocompatibility, high osteoconductivity and osteoinductivity, non-immunogenicity and non-inflammatory behavior. Herein, by analyzing the physical and chemical properties as well as the effects on promoting bone regeneration, we have attempted to present a novel EGCG-modified collagen membrane with nano-HA coating, and have found evidence that the novel collagen membrane may promote bone regeneration with a better surface morphology, without destroying collagen backbone. To evaluate the surface morphologies, chemical and mechanical properties of pure collagen membranes, epigallocatechin-3-gallate (EGCG) cross-linked collagen membranes, nano-HA coated collagen membranes, nano-HA coated EGCG-collagen membranes, (ii) to evaluate the bone regeneration promoted by theses membranes. In the present study, collagen membranes were divided into 4 groups: (1) untreated collagen membranes (2) EGCG cross-linked collagen membranes (3) nano-HA modified collagen membranes (4) nano-HA modified EGCG-collagen membranes. Scanning electron microscope (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to evaluate surface morphologies and chemical properties, respectively. Mechanical properties were determined by differential scanning calorimeter (DSC) and elastic modulus (EM) measurements. Then in 12 rats, 4 types of membranes were randomly applied to cover the rat calvarial defects. The animals were sacrificed at 8weeks. Histologic analyses were performed using Hematoxylin-eosin (H&E) staining and Masson's Trichrome stains. For statistical analysis, analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey's multiple comparison tests was applied. HA nanoparticles were fairly well distributed nanoparticles among the collagen fibers on the nano-HA-modified EGCG-collagen membranes, with smoother surface. Moreover, collagen membranes with modifications all maintained their collagen backbone and the mechanical properties were enhanced by EGCG and nano-HA treatments. In addition, EGCG cross-linked collagen membranes with nano-HA coatings promoted bone regeneration. Nano-HA modified EGCG-collagen membranes can be utilized as a barrier membrane to enhance the bone regeneration in GBR surgeries.