骨形成タンパク(BMP)による骨修復能力を付加した新しい人工関節の開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14370459
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 斎藤 直人 信州大学, 医学部附属病院, 講師 (80283258)
• 研究分担者: 村上 成道 信州大学, 医学部附属病院, 助手 (50334892) ; 清水 富永 信州大学, 医学部, 講師 (40283270) ; 小林 千益 信州大学, 医学部, 助教授 (40205464) ; 高岡 邦夫 大阪市立大学, 大学院・医学研究科, 教授 (30112048) ; 高橋 淳 信州大学, 医学部, 助手 (60345741)
• キーワード: 骨形成タンパク / サイトカイン / デリバリーシステム / 生体分解性ポリマー / 人工関節 / 骨欠損 / 再生医療 / 組織工学

研究概要

1.骨形成タンパク(BMP)と新しいデリバリーシステムを付着した人工関節による骨欠損修復実験
BMPの活性を生体内で作用させるためのデリバリーシステムとして、新しい生体分解性ポリマーであるポリ乳酸-パラジオキサノン-ポリエチレングリコール共重合体(PLA-DX-PEG)を開発した。このPLA-DX-PEGをBMPと複合し、実験用人工骨頭の表面に付着させた。この人工骨頭を用いて、イヌの大腿骨近位に大きな骨欠損を伴う人工股関節置換術を行った。結果は、人工骨頭周囲に新しい骨を誘導し、母床骨に強固に結合すると共に大きな骨欠損を修復した。さらに実験用人工関節のソケットを作成してBMP/PLA-DX-PEG複合体を付着させ、イヌの臼蓋側に骨欠損を伴う人工関節全置換術の実験を行ない、現在評価を行っている。
2.BMPの骨修復能力を向上させるための様々な手技の開発
上記の実験により、BMPとPLA-DX-PEGの複合体を付加した人工関節は周囲の骨欠損を修復することが判明したが、その効率を向上させることが必要である。その方法として、BMPの骨形成能に影響を与える他の薬剤との併用を試みた。BMPによるマウス背筋内での異所性骨形成実験およびウサギ上腕骨での骨欠損修復実験において、PTHやphosphodiesteraseのinhibitorであるpentoxifllineなどを作用させたところ、BMP単独より骨形成能が向上することが判明した。これらの薬剤を併用するための手技として、担体への混合、局所への注射、静注などが考えられるが、現在、最も有効な手技を動物実験により検討しているところである。また、周囲の血流を増加させることによりBMPの骨形成能力を向上させる試みも行なっている。

研究成果

• [文献書誌] Saito N, et al.: "Local bone formation by injection of recombinant human bone morphogenetic protein-2 contained in polymer carriers"Bone. 32. 381-386 (2003)
• [文献書誌] Saito N., Takaoka K.: "New synthetic biodegradable polymers as BMP carriers for bone tissue engineering"Biomaterials. 24. 2287-2293 (2003)
• [文献書誌] Murakami N., Saito N, et al.: "Repair of a proximal femoral bone defect in dogs using a porous surfaced prosthesis in combination with recombinant BMP-2 and a synthetic polymer carrier"Biomaterials. 24. 2153-2159 (2003)
• [文献書誌] Kobayashi S, Saito N, et al.: "Total hip arthroplasty with bulk femoral head autograft for acetabular reconstruction in developmental dysplasia of the hip"J Bone Joint Surg Am. 85. 615-621 (2003)
• [文献書誌] Kobayashi S, Takahashi HE, Ito A, Saito N, et al.: "Trabecular minimodeling in human iliac bone"Bone. 32. 163-169 (2003)
• [文献書誌] Takahashi J, Saito N, et al.: "Anterior thoracic spinal fusion in dogs by injection of recombinant human bone morphogenetic-2 and a synthetic polymer"J Spinal Disord. 16. 137-143 (2003)
• [文献書誌] Ohta H, Kobayashi S, Saito N, et al.: "Sequential changes in periprosthetic bone mineral density following total hip arthroplasty : a 3-year follow-up"J Bone Miner Metab. 21. 229-233 (2003)
• [文献書誌] Nakamura M, Udagawa N, Matsuura S, Mogi M, Nakamura H, Horiuchi H, Saito N, et al.: "Osteoprotegerin regulates bone formation through a coupling mechanism with bone resorption"Endocrinology. 144. 5441-5449 (2003)
• [文献書誌] Saito N, Horiuchi H, Takahashi H.: "Heterotopic ossification in the knee following encephalitis : a case report with a 10-year follow-up"Knee. 11. 63-65 (2004)
• [文献書誌] Saito N, et al.: "Continuous local cooling for pain relief following total hip arthroplasty"J Arthroplasty. (in press).
• [文献書誌] Horiuchi H, Saito N, et al.: "Enhancement of recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhbmp-2) in duced new bone formation by concurrent treatment with parathyroid hormone and a phosphodiesterase inhibitor, pentoxifylline"J Bone Miner Metab. (in press).
• [文献書誌] Saito N, Horiuchi H, Murakami N, Takahashi J, Okada T, Nozaki K, Takaoka K.: "New synthetic biodegradable polymers for bone morphogenetic protein delivery systems.In : Tissue engineering and novel delivery systems"Yaszemski MJ, Trantolo DJ, Lewandrowski KU, Hasirci V, Altobelli DE, Wise DL(eds), Marcel Dekker inc., New York. 475-482 (2004)