生分解性インプラント材料をインビトロで研究するための直接的および間接的な培養方法

Changlu Xu; Yiqing Chen; Jiajia Lin; Huinan H. Liu

doi:10.3791/63065

方法論記事

生分解性インプラント材料をインビトロで研究するための直接的および間接的な培養方法

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DOI：

10.3791/63065

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2022年4月15日

Changlu Xu^*¹ , Yiqing Chen^*¹ , Jiajia Lin¹ , Huinan H. Liu¹^,²^,³

¹Materials Science and Engineering Program, University of California, Riverside, ²Department of Bioengineering, University of California, Riverside, ³Stem Cell Center, University of California, Riverside

^* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

生分解性インプラント材料の in vitro 細胞適合性を評価するための直接培養、直接暴露培養、および暴露培養の3つの方法を紹介します。これらのインビ トロ法は 、異なる インビボ 細胞-インプラント相互作用を模倣し、様々な生分解性材料の研究に適用することができる。

要約

過去数十年にわたり、生分解性材料は、整形外科、歯科、および頭蓋顎顔面インプラントなどの生物医学的用途のために広く探求されてきた。生物医学的用途のために生分解性材料をスクリーニングするためには、これらの材料を in vitro 細胞応答、細胞適合性、および細胞毒性の観点から評価する必要がある。国際標準化機構(ISO)規格は、生体材料の評価に広く利用されています。しかし、ほとんどのISO規格はもともと非分解性材料の細胞毒性を評価するために設立されたため、生分解性材料のスクリーニングには限られた価値しか提供されていません。

本稿では、生分解性ポリマー、セラミックス、金属、およびそれらの複合体を含む生分解性インプラント材料の in vitro 細胞適合性を異なる細胞種で評価するための、直接培養法、直接暴露培養法、および暴露培養法の3つの異なる培養方法を紹介し、議論する。研究は、培養方法が生分解性材料に対する細胞応答に影響を与えることを示しており、その動的分解は界面および局所環境において時空間的な違いを誘発する。具体的には、直接培養法は、インプラントに直接播種された細胞の応答を明らかにする。直接暴露培養法は、インプラントと接触する確立された宿主細胞の応答を解明する。暴露培養法は、インプラントに直接接触していないが、インプラントの劣化による局所環境の変化の影響を受けている確立された宿主細胞を評価する。

この記事では、生分解性インプラント材料のインビトロ細胞適合性および骨髄由来間葉系幹細胞(BMSC)との相互作用を研究するためのこれら3つの培養方法の例を提供する。また、収穫、継代、培養、種子、固定、染色、細胞の特性評価、培養後の培地および材料の分析方法についても説明します。この記事で説明するインビトロ方法は、インビボ環境のさまざまなシナリオを模倣し、さまざまな生物医学的用途に対するさまざまな生体材料のインビトロ細胞適合性試験の適用性と関連性を広げます。

概要

何十年もの間、生分解性材料は、整形外科^1,2、歯科^3,4、頭蓋顎顔面⁵などの生物医学的用途で広く研究され、使用されてきました。永久的なインプラントや材料とは異なり、生分解性金属、セラミックス、ポリマー、およびそれらの複合材料は、生理学的環境における異なる化学反応を介して時間の経過とともに体内で徐々に分解する。例えば、マグネシウム(Mg)合金^1,6,7や亜鉛(Zn)合金^8,9などの生分解性金属は、骨固定装置用の有望な材料である。それらの生分解性は、骨治癒後にインプラントを除去するための二次手術の必要性を排除する可能性がある。リン酸カルシウムセメント(CPC)などの生分解性セラミックスは、経皮的脊柱後弯形成術における骨粗鬆症性椎体圧迫骨折の治療にエキサイティングな可能性を示しています¹⁰。CPCは、骨折した椎....