Name: 骨再生のための生体材料の生物学的互換性プロファイル (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 28 s
Description: 学ぶ骨再生用生体材料の生物学的互換性評価法。in vitroおよびin vivo技術を用いた多角的アプローチにより、骨修復における材料の有効性と免疫応答を包括的に予測し、前臨床スクリーニングの重要性を示す。

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この研究プロジェクトは、付与契約第 263363 の下で欧州連合の第 7 フレームワーク プログラム (FP7/2007-2013) から資金を受けています。

<ol><li>Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fracture+healing%3A+mechanisms+and+interventions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Rheumatology%22%5BJournal%5D)">Fracture healing: mechanisms and interventions.</a> Nature Reviews Rheumatology. 11 (1), 45-54 (2015).</li>
<li>Marsell, R., Einhorn, T. A. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21489527">The biology of fracture healing.</a> Injury. 42 (6), 551-555 (2011).</li>
<li>Cooper, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Testing+the+critical+size+in+calvarial+bone+defects%3A+revisiting+the+concept+of+a+critical-size+defect%5BTitle%5D)+AND+%22Plastic+and+Reconstructive+Surgery%22%5BJournal%5D)">Testing the critical size in calvarial bone defects: revisiting the concept of a critical-size defect.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 125 (6), 1685-1692 (2010).</li>
<li>O'Brien, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomaterials+%26+scaffolds+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Biomaterials & scaffolds for tissue engineering.</a> Materials Today. 14 (3), 88-95 (2011).</li>
<li>Stanovici, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bone+regeneration+strategies+with+bone+marrow+stromal+cells+in+orthopaedic+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Research+in+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Bone regeneration strategies with bone marrow stromal cells in orthopaedic surgery.</a> Current Research in Translational Medicine. 64 (2), 83-90 (2016).</li>
<li>Anderson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Future+challenges+in+the+in+vitro+and+in+vivo+evaluation+of+biomaterial+biocompatibility%5BTitle%5D)+AND+%22Regenerative+Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Future challenges in the in vitro and in vivo evaluation of biomaterial biocompatibility.</a> Regenerative Biomaterials. 3 (2), 73-77 (2016).</li>
<li>Chen, Z., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702115003788">Osteoimmunomodulation for the development of advanced bone biomaterials.</a> Materials Today. 19 (6), 304-321 (2016).</li>
<li>Ono, T., Takayanagi, H. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28647888">Osteoimmunology in bone fracture healing.</a> Current Osteoporosis Reports. 15 (4), 367-375 (2017).</li>
<li>Tsiridis, E., Upadhyay, N., Giannoudis, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+aspects+of+fracture+healing%3A+Which+are+the+important+molecules%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Injury%22%5BJournal%5D)">Molecular aspects of fracture healing: Which are the important molecules?</a> Injury. 38, S11-S25 (2007).</li>
<li>Velasco, M. A., Narvaez-Tovar, C. A., Garzon-Alvarado, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+materials%2C+and+mechanobiology+of+biodegradable+scaffolds+for+bone+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22BioMed+Research+International%22%5BJournal%5D)">Design, materials, and mechanobiology of biodegradable scaffolds for bone tissue engineering.</a> BioMed Research International. 2015, 729076(2015).</li>
<li>Bastian, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systemic+inflammation+and+fracture+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Leukocyte+Biology%22%5BJournal%5D)">Systemic inflammation and fracture healing.</a> Journal of Leukocyte Biology. 89 (5), 669-673 (2011).</li>
<li>El-Jawhari, J. J., Jones, E., Giannoudis, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+roles+of+immune+cells+in+bone+healing%3B+what+we+know%2C+do+not+know+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Injury%22%5BJournal%5D)">The roles of immune cells in bone healing; what we know, do not know and future perspectives.</a> Injury. 47 (11), 2399-2406 (2016).</li>
<li>Changi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocompatibility+and+immunogenicity+of+elastin-like+recombinamer+biomaterials+in+mouse+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research.+Part+A%22%5BJournal%5D)">Biocompatibility and immunogenicity of elastin-like recombinamer biomaterials in mouse models.</a> Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 106 (4), 924-934 (2018).</li>
<li>Laczko, J., Levai, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+differential+staining+method+for+semi-thin+sections+of+ossifying+cartilage+and+bone+tissues+embedded+in+epoxy+resin%5BTitle%5D)+AND+%22Mikroskopie%22%5BJournal%5D)">A simple differential staining method for semi-thin sections of ossifying cartilage and bone tissues embedded in epoxy resin.</a> Mikroskopie. 31 (1-2), 1-4 (1975).</li>
<li>Nakayama, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polarized+osteoclasts+put+marks+of+tartrate-resistant+acid+phosphatase+on+dentin+slices--a+simple+method+for+identifying+polarized+osteoclasts%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Polarized osteoclasts put marks of tartrate-resistant acid phosphatase on dentin slices--a simple method for identifying polarized osteoclasts.</a> Bone. 49 (6), 1331-1339 (2011).</li>
<li>Deguchi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+model+of+bone+to+facilitate+measurement+of+adhesion+forces+and+super-resolution+imaging+of+osteoclasts%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">In vitro model of bone to facilitate measurement of adhesion forces and super-resolution imaging of osteoclasts.</a> Scientific Reports. 6, 22585(2016).</li>
<li>Epstein, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+analysis+of+noninstrumented+posterolateral+lumbar+fusions+performed+in+predominantly+geriatric+patients+using+lamina+autograft+and+beta+tricalcium+phosphate%5BTitle%5D)+AND+%22Spine+Journal%22%5BJournal%5D)">An analysis of noninstrumented posterolateral lumbar fusions performed in predominantly geriatric patients using lamina autograft and beta tricalcium phosphate.</a> Spine Journal. 8 (6), 882-887 (2008).</li>
<li>Epstein, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beta+tricalcium+phosphate%3A+observation+of+use+in+100+posterolateral+lumbar+instrumented+fusions%5BTitle%5D)+AND+%22Spine+Journal%22%5BJournal%5D)">Beta tricalcium phosphate: observation of use in 100 posterolateral lumbar instrumented fusions.</a> Spine Journal. 9 (8), 630-638 (2009).</li>
<li>Kallai, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microcomputed+tomography-based+structural+analysis+of+various+bone+tissue+regeneration+models%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Microcomputed tomography-based structural analysis of various bone tissue regeneration models.</a> Nature Protocols. 6 (1), 105-110 (2011).</li>
<li>Lo, D. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repair+of+a+critical-sized+calvarial+defect+model+using+adipose-derived+stromal+cells+harvested+from+lipoaspirate%5BTitle%5D)+AND+%22Jove-Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Repair of a critical-sized calvarial defect model using adipose-derived stromal cells harvested from lipoaspirate.</a> Jove-Journal of Visualized Experiments. (68), (2012).</li>
<li>Gosain, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteogenesis+in+calvarial+defects%3A+contribution+of+the+dura%2C+the+pericranium%2C+and+the+surrounding+bone+in+adult+versus+infant+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Plastic+and+Reconstructive+Surgery%22%5BJournal%5D)">Osteogenesis in calvarial defects: contribution of the dura, the pericranium, and the surrounding bone in adult versus infant animals.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 112 (2), 515-527 (2003).</li>
<li>Levi, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dura+mater+stimulates+human+adipose-derived+stromal+cells+to+undergo+bone+formation+in+mouse+calvarial+defects%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cells%22%5BJournal%5D)">Dura mater stimulates human adipose-derived stromal cells to undergo bone formation in mouse calvarial defects.</a> Stem Cells. 29 (8), 1241-1255 (2011).</li>
<li>Wang, J., Glimcher, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+matrix-induced+osteogenesis+in+rat+calvarial+bone+defects%3A+II.+Origins+of+bone-forming+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Calcified+Tissue+International%22%5BJournal%5D)">Characterization of matrix-induced osteogenesis in rat calvarial bone defects: II. Origins of bone-forming cells.</a> Calcified Tissue International. 65 (6), 486-493 (1999).</li>
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骨の再生と修復のために開発された代表的な生体材料の生体適合性の前臨床評価のための学際的なアプローチを紹介します。我々 は OCs、海底地震計の応答をテストし、重要な骨欠損内に生体の治癒反応モデル マウスと同様、 in vitroとin vivo免疫応答。法データと生体材料学から派生した結論の要約の作業を示すを目指しました。当社の戦略が骨生体材料の生体適合性の貴重なプロファイルを生成することを示す.
一次電池の試金は、OB、OC 機能の評価に使用されました。OBs は、骨形成と生理学的修復します。実行可能なまま、差別化し、石灰化を誘導する必要があります。本研究では、石化する能力を持つ生理的分化細胞のマーカーとしてアルス、ALP、セル実行可能性の試金を実行する方法を示します。ベースラインを提供するだけで、培地と分化と OBs のプラスチックに無機化に最適化された骨の鉱化作用媒体 (MM)、アッセイするためのコントロールが含まれています。後者のコントロール グループは、生体材料の標準的な参照をしました。OC の評価、我々 は共同 OB...

骨修復は血腫形成、炎症から始まる複雑なプロセス、カルスの形成と、1,2を改造します。ただし、潜在的な骨再生は骨破壊1,3のサイズに制限されます。例えば、大きな骨骨折外傷、癌や骨粗鬆症による癒すことができない、非組合骨折と呼ばれます。これらの骨病変は、健康な生理学的な骨の修復と再生を促進する治療を必要があります。現在、自家および同種骨移植は 220 万骨交換の手順と選択4のアプローチ毎年5。これらの手順は、高い成功率を持っている、しかし拒絶4ドナー サイト罹患率や感染骨の限られた可用性などの合併症がある可能性があります。骨再生のための新たな選択肢は、これらの課題に対処するために求められています。
天然または合成高分子、セラミックスや金属細胞と生体分子との組み合わせでのバイオマテリアルの設計は上昇6。生理学的骨治癒と生体材料のコンテキストで癒しの私達の現在の理解は機械的性質など複数の要因と循環と骨折部位7 から細胞を含む複数の局所的・全身的要因によって異なります ,8,9。骨再生のための生体材料は、10 osteogenicity、オッセオインテグレーションを促進することを目指して、理想的に生体適合性、生分解性多孔質 (栄養素、酸素、細胞遊走を促進) です。彼らはまた十分に痛みを和らげるために骨折部位をサポートする強力なする必要があります。さらに、炎症性因子は、癒しのプロセスを開始する必要があります。ただし、生体材料は、過剰な炎症やアレルギー反応を誘発する場合、これを制限または骨11,12の治癒を阻害します。したがって、学際的なアプローチは評価生体材料の骨修復のために開発されなければなりません。
本研究で提案する代表的な材料は、1) Orthovita Vitoss 第三リン酸カルシウムから成る市販海綿骨移植代用品である泡から成るナノサイズ純粋な β-リン酸三カルシウムの前臨床評価リン酸 (β-TCP) 粒子とタイプ 1 コラーゲン (C) (β-TCP/C フォーム) と 2) β TCP ディスク。ここでは、主骨芽細胞 (OB) を使用してこれらの生体材料の生体適合性のテストを示すし、破骨細胞 (OC) 試金、骨修復、T リンパ球増殖培養を含む免疫学的評価の体内モデルとサイトカイン産生と生体内での免疫原性とアレルゲン性、以前に報告された13。

骨再生のための生体材料の生物学的互換性プロファイル

Biological Compatibility Profile on Biomaterials for Bone Regeneration

大きな非組合骨骨折は、整形外科で重要な課題です。自動車と同種骨移植は、このような病変を治癒に優れている、彼らの使用の潜在的な合併症があります。したがって、材料の科学者は、これらの問題を克服するために合成、生体適合性バイオマテリアルを開発しています。本研究では骨修復のためのバイオマテリアルの評価のための学際的なプラットフォームを提案する.我々 は骨の生物学と免疫学培養破骨細胞 (OC) と骨芽細胞 (OB) アッセイと骨修復、免疫原性、アレルゲン性のマウス モデル体内を含むプラットフォームを開発する専門知識を組み合わせます。実験を実行し、結果を要約、生体材料の生体適合性に関する報告方法を示します。特に、β-リン酸三カルシウム (β-TCP) リン酸ディスクのコンテキストで OB 生存・分化と鉱化作用と OC 生存分化をテストします。また、骨の治癒の初期段階に及ぼす影響を決定するための重要なサイズの頭蓋骨骨欠損マウス モデルにおける骨修復用臨床的に市販材料である β-TCP/コラーゲン (β-TCP/C) フォームをテストしました。並列実験マウスにおける免疫・ アレルギー反応を評価されます。我々 のアプローチは、骨の治癒と修復術に使用する生体材料の生体適合性を予測するために必要なパラメーターの範囲で骨生体材料の生物学的互換性のプロファイルを生成します。

Β-TCP 骨修復における生体材料としての有効性の評価、体外と体内のスクリーニング方法を使用しました。まず、OB 中単独でコントロール対応ベースラインと比較して β TCP ディスク レスポンスを測定しました。図 2は、文化の 7, 14 日目に β TCP ディスクに対して OB 生存率を示しています。代謝活性の高い細胞文化井戸から測定セル実行可能性は、組織培養プラスチック中、この生体材料は強化でも、OB の増殖を抑制することでもないことを示す β TCP ディスクとともに OBs の同じだった。
OBs をさらに評価するには、定性的、定量的アプローチを使用して分化のマーカーと ALP 活性を測定しました。図 2は、文化の 7 日後文化井戸 ALP 酵素活性を示します。媒体は一人で井戸の海底地震計...

大きな骨病変を修復するために設計された、新しいバイオマテリアルの数は骨の治癒を高め、骨移植に関連する合併症を克服することを目的と継続的に拡大しています。骨修復のためのバイオマテリアルの前臨床生体適合性テストのための学際的な戦略を紹介します。

Large non-union bone fractures are a significant challenge in orthopedic surgery. Although auto- and allogeneic bone grafts are excellent for healing such ...

これらの方法は、生体材料の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。特に骨再生のため。彼らは、生体材料の有効性と潜在的な免疫応答を評価するために使用されます。この学際的なプラットホームの主な利点は骨の修理のために使用される生物材料の生物適合性を予測するための変数の範囲を提供する。これらのインビトロおよびインビボ骨技術の意味合いは、他の骨疾患にまで及ぶ。新しい整形外科生体材料の前臨床スクリーニングの必要性のため。皮膚科の方法論は骨の治癒のための生体材料への洞察を提供することができ、それはまた、他の臨床適応症のための生体材料評価に適用することができる。骨形成性無機化培地を添加した14日後の原発性骨芽細胞からの吸気培地。1X PBSの0.5ミリリットルで2回リンス。その後、10%緩衝ホルマリン溶液の0.5ミリリットルを加え、室温で10分間インキュベートして細胞を固定します。10分後、10%緩衝ホルマリンを使い捨てパイプで吸引し、0.5ミリリットルの超純水で2回洗浄する。その後、固定骨芽細胞に40ミリモルアリザリンレッドS染色液の250マイクロリットルを追加します。そして、毎分100シェイクでシェーカーで10分間室温でプレートをインキュベートします。染色液でインキュベーションした後、1ミリリットルの超純水で1ミリリットルの極純水で染色液を吸引する。リンス溶液が透明になるまで、このステップを5~10回繰り返して非特異的染色を除去します。最後の洗浄を吸引した後、冷たいPBSの1ミリリットルを追加します。そして、以前のようにシェーカー上で10分間室温でプレートをインキュベートします。次に、染色されたβ三カルシウムリン酸ディスクを新しいウェルに移し、フラットベッドスキャナでプレートをスキャンして鉱物化を記録します。画像を取り込んだ後、250マイクロリットルの10%セチルピリジニウムクロリド溶液を加え、15分間振ってアリザリンレッドS染料を抽出します。次に、溶液をウェルから個々の1.5ミリリットルチューブ、遠心分離機を室温で5分間17,000 x gに移します。10%セチルピリジニウムクロリド溶液で抽出物を1.5ミリリットルチューブで1:10〜1:20の希釈度で希釈します。その後、各希釈サンプルの300マイクロリットルを96ウェルプレートのウェルに移します。塩化10%のセチルピリジニウムのみを含む2つのブランクウェルを含む。次に、40ミリオモラルアリザリンレッドS染色液を10%セチルピリジニウムクロリド溶液で希釈して4400マイクロモルからなる7つのアリザリンレッドS基準基準を調製し、標準曲線を生成する。各標準の300マイクロリットルをプレートに積み込みます。最後に、520ナノメートルのサンプル、ブランク、および基準規格の吸収剤を読み取ります。骨髄破骨形成体を、生殖不能は

biological-compatibility-profile-on-biomaterials-for-bone-regeneration

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Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

候補インプラント表面への試験、骨固定を機械的にするための改良された方法が提示される。この方法は、正確に垂直又は平行、インプラント表面の平面に対して破壊力の整列を可能にし、正確なインプラント周囲の領域に破壊力を向けるための正確な手段を提供する。...

骨 - インプラントアンカレッジ評価するために改良された機械的試験方法

我々は、骨馴化培地（BCM）を調製し、インビトロでその活性をテストする方法をここで説明します。...

骨馴化培地：調製およびバイオアッセイ

設計されたマイクロチャネルを持つ骨のようなテンプレートを作成するための段階的な一般的なプロセスが提示されます。テンプレートの高い吸収能力と保持能力は、マイクロチャネルを介した毛細管現象によって実証されます。...

骨様テンプレートでのマイクロチャネルによって独特の毛細管現象は大骨欠損の回復のために細胞の動員を強化することができます

骨形態形成タンパク質 2 (BMP2)...

骨形成タンパク質 2 固体表面にクリックケミストリーによるサイト向け固定

ここでは、口腔バイオ フィルム形成細菌の細胞生存率と形態的特徴の分析を含む歯科補綴アバットメント チタン、ジルコニア材料を評価するためのプロトコルを提案する.強力な顕微鏡検査の技術に関連付けられているその場でモデルは、口腔バイオ...

歯科用インプラント ・異種材料の口腔バイオ フィルム形成

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...

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

本研究では、植物由来の生体材料の脱細胞化、物性評価、イメージング、 in vivo...

骨組織工学のための脱細胞化リンゴ由来の足場( In Vitro および In Vivo)

提案されたプロトコルは、マルチモーダル分析を使用して骨再生の文脈で骨形成を評価するためのグローバルなアプローチを伴います。これは、新しい骨形成に関する定性的および定量的な情報を提供し、基本的および前臨床研究の厳密性と妥当性を高めることを目的としています。...

Ex Vivoモデルにおける組織石灰化の包括的な特性評価

本研究では、内固定・外固定を用いない荷重負荷条件下で骨代替材料の機械的および骨生成的性能を評価するために、ラット大腿半分節欠損モデルを確立しました。...

ラットにおける半節骨幹骨欠損モデル:荷重を支える領域における骨代替物の性能評価

骨再生をさまざまな階層レベルで評価するためのプロトコルを提案します。このマルチモーダル手法により、異なる長さスケールでの構造解析が可能となり、試料準備の課題に効果的に対処できます。また、骨再生促進におけるバイオマテリアルの効果を評価する信頼性の高いワークフローも提供しています。...

骨再生と足場性能を評価するマルチモーダルアプローチ

学ぶ骨再生用生体材料の生物学的互換性評価法。in vitroおよびin vivo技術を用いた多角的アプローチにより、骨修復における材料の有効性と免疫応答を包括的に予測し、前臨床スクリーニングの重要性を示す。

骨再生のための生体材料の生物学的互換性プロファイル

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