表面対体積比がマグネシウムの分解にどのように影響するか：in vitroおよびin vivo研究

マグネシウムとその合金の生分解性能を決定するために過去10年にわたって実施された多くの研究にもかかわらず、in vitroおよびin vivoの分解速度と骨形成に対する表面積と体積比の変化の影響に焦点を当てた研究はほとんどありませんでした。ここでは、表面面積と体積比の勾配を備えた高純度マグネシウム円筒棒を、側面に異なる数の溝を掘削することにより処理されました。SBF溶液とラット大腿骨顆の骨欠損モデルの浸漬試験を使用して、それぞれin vitroおよびin vivoでマグネシウムロッドの分解を評価しました。HPマグネシウム表面の溝の数の増加は、時間の経過に伴う残留体積の割合の減少を表していることを実証しました。必ずしも絶対分解量の増加や腐食速度の定期的な変化ではありません。さらに、in vitroおよびin vivoの両方で、相対分解容積とHPマグネシウムロッドの初期表面対容積比の間には強い線形相関がありました。in vitroおよびin vivoでのこの関係の勾配の違いは、in vitroデータを介してin vivo分解速度の可能性のある範囲を決定するのに役立つ可能性があります。さらに、腐食率は、異なるHPマグネシウムロッドを囲む骨形成の評価に適しています。この研究の発見は、同じマグネシウムベースの材料で作られたさまざまな種類の整形外科インプラントのin vivo分解と骨形成の調整を促進する可能性があり、したがって、臨床的普及と応用を加速する可能性があります。

Despite the many studies carried out over the past decade to determine the biodegradation performance of magnesium and its alloys, few studies focused on the effect of altered surface area to volume ratio on in vitro and in vivo degradation rate and osteogenesis. Here, high purity magnesium cylindrical rods with gradient of surface area to volume ratio were processed by excavating different numbers of grooves on the side surface. The immersion test in SBF solution and the rat femoral condylar bone defect model were used to evaluate the degradation of magnesium rods in vitro and in vivo, respectively. We demonstrated that, the increased number of grooves on the HP magnesium surface represented a decrease in the percentage of residual volume over time, not necessarily an increase in absolute degradation volume or a regular change in corrosion rate. Furthermore, there were strong linear correlations between the relative degradation volume and the initial surface-to-volume ratio of HP magnesium rods both in vitro and in vivo. The difference in the slope of this relationship in vitro and in vivo might help to determine the possible range of in vivo degradation rates via in vitro data. In addition, the corrosion rate is more suitable for evaluating bone formation surrounding the different HP magnesium rods. Our findings in this work may facilitate adjusting the in vivo degradation and osteogenesis of different kinds of orthopedic implants made of the same magnesium-based material, and thus, accelerate the clinical popularization and application.