インプラント材料に対するヒト骨芽細胞の反応：インテグリンを介した接着

ヒトの骨芽細胞様細胞株SAOS-2と整形外科インプラント材料との最初の相互作用を分析して、これらの細胞がインプラント表面に付着するメカニズムを決定しました。SAOS-2細胞は、整形外科インプラント材料のティバニウム（TI6A14V）とZimaloy（Cocrmo）で構成されるディスクに付着し、ガラスとプラスチックのディスクを制御することを許可されました。血清は、4時間または24時間でチバニウムとジマロイに付着した細胞の数に影響を与えませんでしたが、24時間でガラスに付着した細胞の数を増やしました。コラーゲン合成は、[3H]プロリンの取り込みにより、コラーゲナーゼ消化可能なタンパク質と非コラーゲンタンパク質に測定されました。チマロイで培養された細胞で合成されたコラーゲンでは、ガラスと比較して24時間合成されたコラーゲンの有意な増加が見つかりました。ただし、コラゲナーゼ消化可能なタンパク質と非コラーゲンタンパク質は、ガラスと比較してチバニウムで最も増加しました（それぞれ204％と198％）。インテグリンがインプラント材料への細胞付着に関与しているかどうかを判断するために、Arg-Gly-ASP配列を介してインテグリン受容体をブロックするペプチドGRGDSP（Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro）を血清の細胞に加えました。- フリーメディア。このペプチドは、ティバニウムで28％、ジマロイで40％を阻害しましたが、ガラスとプラスチックには影響しませんでした。コントロールペプチドGradSP（Gly-Arg-Ala-Asp-Ser-Pro）は、接着に影響を与えませんでした。タンパク質合成の阻害と表面タンパク質の酵素除去は、Arg-Gly-Aspペプチドがインプラント材料への細胞付着を阻害する能力に影響しませんでした。これらの結果は、インテグリンがティバニウムとジマロイに直接結合できることを示唆しています。インテグリンタンパク質のウエスタンブロット分析は、細胞が付着する基質に応じて、多くのインテグリンサブユニットの変化を示しました。特に、ベータ1インテグリンサブユニットは24時間で3.8〜9.5倍増加しました。どのインテグリンが接着に関与しているかを具体的に決定するために、インテグリンに対する抗体が追加されました。フィブロネクチン受容体であるアルファ5ベータ1に対する抗体は、細胞のチバニウムへの結合を63％、ジマロイへの結合を49％有意に阻害し、ガラスに影響を与えませんでした。ビトロネクチン受容体抗体であるアルファVベータ3/ベータ5は、細胞の接着を変化させませんでした。結論として、骨芽細胞のような細胞は、インテグリンを介してインプラント材料に直接付着することができるようです。基質のタイプは、どのインテグリンと細胞外マトリックスタンパク質が骨芽細胞によって発現するかを決定します。これらのデータは、インプラント材料が骨芽細胞の分化と骨の成長にどのように影響するかに関する情報を提供します。

The initial interaction of the human osteoblast-like cell line Saos-2 with orthopaedic implant materials was analyzed to determine the mechanism by which these cells adhere to implant surfaces. Saos-2 cells were allowed to attach to disks composed of the orthopaedic implant materials Tivanium (Ti6A14V) and Zimaloy (CoCrMo) and to control disks of glass and plastic. Serum had no effect on the number of cells that attached to Tivanium and Zimaloy at 4 or 24 hours but did increase the number of cells that attached to glass at 24 hours. Collagen synthesis was determined by [3H]proline incorporation into collagenase-digestible protein and noncollagen protein. A significant increase of 19% was found for collagen synthesized in cells cultured on Zimaloy for 24 hours compared with glass, with no differences on Tivanium and plastic. However, collagenase-digestible protein and noncollagen protein were increased the most (204 and 198%, respectively) on Tivanium compared with glass. To determine if integrins were involved in cell attachment to implant materials, the peptide GRGDSP (Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro), which blocks integrin receptors through the Arg-Gly-Asp sequence, was added to the cells in serum-free medium. This peptide inhibited cell adhesion by 28% on Tivanium and 40% on Zimaloy but had no effect on glass and plastic. The control peptide GRADSP (Gly-Arg-Ala-Asp-Ser-Pro) had no effect on adhesion. Inhibition of protein synthesis and enzymatic removal of surface proteins did not affect the ability of Arg-Gly-Asp peptides to inhibit cell attachment to the implant materials. These results suggest that integrins are able to bind directly to Tivanium and Zimaloy. Western blot analysis of integrin protein demonstrated changes in many integrin subunits, depending on the substrate to which cells attached. In particular, the beta 1 integrin subunit was increased 3.8 to 9.5-fold at 24 hours. To determine specifically which integrins may be involved in adhesion, antibodies to integrins were added. An antibody to the fibronectin receptor, alpha 5 beta 1, significantly inhibited binding of cells to Tivanium by 63% and to Zimaloy by 49% and had no effect on glass. The vitronectin receptor antibody, alpha v beta 3/beta 5, did not alter cell adhesion. In conclusion, osteoblast-like cells appear to be capable of attaching directly to implant materials through integrins. The type of substrate determines which integrins and extracellular matrix proteins are expressed by osteoblasts. These data provide information on how implant materials may affect osteoblast differentiation and bone growth.