Osteogenic extracellular matrix sheet implantation for long bone nonunion

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K10981
• Research Institution: Nara Medical University
• Principal Investigator: 面川 庄平 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (70597103)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 康仁 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (30316070) ; 赤羽 学 奈良県立医科大学, 医学部, 准教授 (40326327) ; 河村 健二 奈良県立医科大学, 医学部, 准教授 (20445076) ; 清水 隆昌 奈良県立医科大学, 医学部, 学内講師 (70464667)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 偽関節 / 細胞シート / 同系移植 / 同種移植

Outline of Annual Research Achievements

骨髄由来間葉系幹細胞から作成した骨形成細胞シートを液体窒素処理により殺細胞化した細胞外マトリックス(ECM)シートを作成した。本研究の目的は、ECM シートを用いて、難治性偽関節の治療が可能か否かを実験的に検証することである。
第一段階の検証としてECMシートの細胞の生存率は0.2%であること、 ECMシートにはⅠ型コラーゲンが破壊されずに含有されること、ECMシートに骨誘導能はあるが骨形成能は少ないことを示した。第二段階の検証としてシート内のタンパク質を計測した。またラットの偽関節モデルを作成し、ECMシートの同系移植を行った。シートを移植しない偽関節群は0%、ECMシート同系移植群は86%で骨癒合した。組織学的には 偽関節群では8週で骨折部の瘢痕形成と骨皮質の萎縮を認め、ECMシート同系移植群ではシート内の旺盛な石灰化と8週で骨性架橋を認めた。力学的評価では平均最大強度は偽関節群で10±10N 、ECMシート移植群:45±24Nで、ECMシート同系移植群が偽関節群と比較して有意に高値を示した。最終年度の研究として12週齢ACIラットを使用し、同系移植群と同様の手技で偽関節モデルを作成、ECMシート2枚を偽関節部に全周性に巻くように移植した。シートを移植しない偽関節群とECMシート同種移植群の2群で単純X線、組織像(V.Goldner染色)、力学試験を比較した。最終観察時(移植後8週)では偽関節モデルでは0%、ECMS同種移植群は57%の骨癒合率を認めた。同種移植群の骨癒合率は同系移植群より劣った。組織像ではシート内に石灰化が同種移植群においても5週で確認された。8週で骨性架橋を認めた。力学試験ではECMシート同種移植群の平均最大強度が58±53Nであった。同系移植群と比較して平均値は高いもののデータはばらついており、偽関節群と比較して高値であるが有意差は認めなかった。