骨刺激療法は、骨の損傷や欠損の治癒を促進するために試みられている技術です。しかしながら、骨の治癒を促進する上で有意な効果があることは証明されていません。[1]
バイオグラスは、 DNA合成、骨芽細胞マーカーであるオステオカルシン、アルカリホスファターゼのレベルの上昇に見られるように、骨芽細胞の増殖と分化を積極的に刺激することで作用すると考えられています。イオン交換反応を通じて、バイオグラスはまず、新生骨の形成の周囲と内部を担う足場として機能します。生体内試験では、骨刺激作用が骨欠損部における新生骨形成を刺激し、促進することが実証されています。[要出典]
骨欠損は、外傷によるものであれ外科的介入によるものであれ、いずれも同様の治癒パターンを辿ります。欠損形成から数分以内に、血小板が損傷部位に集まり、露出したコラーゲン繊維に付着します。血小板内容物の放出は、さらなる血小板凝集を刺激し、血栓形成を開始します。1この放出には走化性作用もあり、様々な白血球（白血球）を損傷組織に引き寄せ、急性炎症反応が誘発されます。好中球やその他の白血球は、貪食として知られるプロセスによって、細菌、異物、壊死組織を除去し始めます。炎症反応や創傷内の他の抗原もまた、リンパ球を引き寄せます。これらの免疫細胞は、IL-1やTNF-αなどのサイトカインを放出し、これらはさらなる生理学的反応に多様な作用を及ぼす可能性があります。例えば、IL-1はT細胞の増殖を誘導することで免疫反応を増幅し、単球とマクロファージの貪食能を高め、線維芽細胞の増殖を誘導します。血管供給の阻害、そして炎症反応と免疫反応に伴う細胞反応は、局所環境に様々な変化をもたらし、pH、酸素含有量、カルシウム、リン、カリウム、ナトリウムのイオン濃度の低下などを引き起こします。これらの状態が持続すると、慢性炎症反応が起こり、広範囲にわたる組織破壊につながる可能性があります。2インプラント材料に関して言えば、慢性炎症と異物反応は、インプラント周囲に線維性被膜を形成することと関連しています。移植材料の目的は、組織の治癒を促進することです。
バイオグラスはpHとイオン濃度の変化を緩和することで3、免疫細胞の放出または誘引を抑制し、炎症反応の経過時間と程度を短縮する可能性があります。この間接的な証拠として、最近の研究では、バイオグラスを投与した群では対照群と比較してTNF-α4とエラスターゼ5のレベルが低下したことが示されています。
骨刺激とpH
通常組織の pH は 7.4～7.6 ですが、炎症反応により、損傷した血管や貪食中のさまざまな酵素の放出により、局所の pH が 5.5 以下に低下することがあります。2この酸性の pH 自体が周囲の組織に損傷を与え、新しい炎症反応を刺激することで治癒プロセスを長引かせる働きがあります。1逆に、バイオグラスのin vitroテストでは、移植材料の周囲の局所 pH が上昇することが示されています。3口腔および歯周組織の欠損に対する臨床評価では、バイオグラスを移植した欠損部よりも組織の炎症レベルが低いことが実証されています。6これは、炎症プロセス中に通常見られる酸性の pH 変化が部分的に中和されることに一部起因している可能性があります。
骨刺激と止血
バイオグラスは止血作用を示し、対照群と比較して実験室試験で凝固時間を25%短縮することが示されています。7この効果の真の起源はまだ解明されていませんが、2つの仮説が考えられます。1つは、バイオグラスに移植後に正の表面電荷が形成されること、もう1つは材料の溶解時にカルシウムイオンが放出されることです。正の表面電荷は、多くのモデルにおいて凝固を促進することが示されています。さらに、カルシウムイオンは、内因性および外因性の凝固経路の両方において、いくつかの段階で必要であり、凝固中に形成されるフィブリンネットワークの成熟にも関与しています。1バイオグラス粒子の継続的な物理的存在とカルシウムイオンの持続的な放出は、形成された血栓またはカルスを安定化させ、より迅速な血管新生を促進し、組織修復のための活性な足場を提供する可能性があります。[要出典]
骨芽細胞の刺激と動員
骨の治癒には、「骨を形成する」細胞である骨芽細胞の存在と動員が必要です。 移植後 24 時間以内に、バイオグラスから放出されたカルシウムとリンのイオンが粒子上にリン酸カルシウムの表面層として沈殿することがin vitro試験で示されています。3この層は通常の骨のミネラルに似ており、他の合成材料よりも骨芽細胞の接着に適した表面を形成します。8ヒトの初代骨芽細胞を用いた培養により、生体活性ガラスが骨芽細胞の増殖と分化を刺激することが示され、 9材料表面での石灰化した骨結節の形成が 6 日ほどで早くも観察されています。さらに、同じ研究者らは、バイオグラスの溶解中に放出されるイオン種が骨芽細胞の増殖を増加させる同様の効果を持つことも実証しました。10したがって、バイオグラス粒子は、骨芽細胞の増殖と接着、および骨形成を刺激する表面を持つ3次元の多孔質の足場を形成します。
参考文献
- Ganong WF. 医学生理学、Lange Medical Publications、1985年。
- パークJB著『バイオマテリアル入門』プレナム・プレス、ニューヨーク、1979年。
- Hench LL, West JK. 「生体活性ガラスの生物学的応用」Life Chemistry Reports, 13:187-241, 1996.
- Rectenwald JE, Minter RM, Rosenberg JJ, Gaines GC, Lee S, Moldawer LL. 「バイオグラスはマウス腹膜エンドトキシン症における炎症誘発反応を減弱させる」Shock, 17(2):135-138, 2002.
- Han J, Meng H, Xu L, Chou L.「生体活性ガラスのヒト歯周骨内欠損に対する抗炎症効果」J Dent Res, 81 (Spec Iss A):A-129, 2002. (IADR年次総会、カリフォルニア州サンディエゴ、2002年3月発表)
- Shapoff CA、Alexander DC、Clark AE.「ヒト骨欠損治療における生体活性ガラス微粒子の臨床応用」Compendium、18(4):352-354, 356, 358, 1997.
- 未発表レポート。LeeとWhiteの凝固検査データ
- Loty C, Sautier JM, Tan MT, Oboeuf M, Jallot E, Boulekbache H, Greenspan D, Forest N.「生体活性ガラスは体外骨芽細胞の分化を刺激し、骨組織形成に適したテンプレートを作成する。」J Bone Min Res, 16(2): 231–239, 2001.
- Xynos ID、Hykkanen MVJ、Batten JJ、Buttery LD、Hench LL、Polak JM。「バイオグラス45S5は骨芽細胞のターンオーバーを刺激し、in vitroでの骨形成を促進する：骨組織工学への示唆と応用」Calcified Tissue International、67(4):321-329、2000年。
- Xynos ID、Edgar AJ、Buttery LDK、Hench LL、Polak JM。「生体活性ガラス溶解のイオン性生成物はヒト骨芽細胞の増殖を促進し、インスリン様成長因子II mRNAの発現とタンパク質合成を誘導する。」Biochem Biophys Res Comm、276(2):461-465、2000年。
