骨組織再生のためのマグネシウムドープゾルゲル生体材料の特性：タンパク質吸着におけるMgイオンの効果

マグネシウムは、正常な細胞恒常性の維持に幅広い機能を備えた、人体で4番目に豊富な要素です。骨では、この要素はヒドロキシアパタイト構造に組み込まれており、ミネラル代謝に参加し、破骨細胞機能を調節します。この研究では、MGCL2（0.5、1、および1.5％）の濃度が増加するゾルゲル材料を合成し、コーティングとしてTI表面に適用しました。材料は、最初に物理化学的に特徴付けられました。MC3T3-E1骨芽細胞とRAW264.7マクロファージを使用して、in vitro応答を調べました。ヒト血清タンパク質吸着をNLC-MS/MSを使用して評価しました。Mgの組み込みはゾルゲルネットワークの架橋に影響を与えず、Mgの制御された放出が観察されました。テストされた濃度のいずれでも細胞毒性はありませんでした。Mgドープ材料で培養されたMC3T3-E1細胞の細胞骨格配置は、コントロールと比較して変化しました。細胞はより細長くなり、突出したラメリポディアと細胞表面の増加が伴いました。インテグリンの発現（ITGA5およびITGB1）は、Mg-Coatingsによって強化されました。TGF-β、OSX、およびRUNX2遺伝子のALP活性と発現も増加しました。RAW264.7細胞では、TNF-α分泌が減少し、TGF-βとIL-4の発現が増加しました。これらの変化は、タンパク質吸着パターンの変化と相関していました。Mgドープコーティングは、抗炎症（CLU、IC1、CFAH、およびVTNC）、細胞接着（DSG1、FILA2、およびDESP）および組織再生（VTNCおよびCyta）タンパク質の吸着の増加を示しました。生体材料の特性評価に対するこの統合アプローチは、骨組織の再生におけるMgの可能性を明らかにしました。

Magnesium is the fourth most abundant element in the human body with a wide battery of functions in the maintenance of normal cell homeostasis. In the bone, this element incorporates in the hydroxyapatite structure and it takes part in mineral metabolism and regulates osteoclast functions. In this study, sol-gel materials with increasing concentrations of MgCl2 (0.5, 1, and 1.5%) were synthesized and applied onto Ti surfaces as coatings. The materials were first physicochemically characterized. In vitro responses were examined using the MC3T3-E1 osteoblastic cells and RAW264.7 macrophages. Human serum protein adsorption was evaluated employing nLC-MS/MS. The incorporation of Mg did not affect the crosslinking of the sol-gel network, and a controlled release of Mg was observed; it was not cytotoxic at any of the tested concentrations. The cytoskeleton arrangement of MC3T3-E1 cells cultured on the Mg-doped materials changed in comparison with controls; the cells became more elongated, with protruded lamellipodia and increased cell surface. The expression of integrins (ITGA5 and ITGB1) was boosted by Mg-coatings. The ALP activity and expression of TGF-β, OSX and RUNX2 genes were also increased. In RAW264.7 cells, TNF-α secretion was reduced, while TGF-β and IL-4 expression rose. These changes correlated with the altered protein adsorption patterns. The Mg-doped coatings showed increased adsorption of anti-inflammatory (CLUS, IC1, CFAH, and VTNC), cell adhesion (DSG1, FILA2, and DESP) and tissue regeneration (VTNC and CYTA) proteins. This integrated approach to biomaterial characterization revealed the potential of Mg in bone tissue regeneration.