気管軟骨再生を誘導する増殖因子徐放能を有する機能的生体材料の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13671240
• Research Institution: Kagawa Medical University
• Principal Investigator: 岡本 卓 香川医科大学, 医学部附属病院, 助手 (20314932)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 恭通 香川医科大学, 医学部附属病院, 講師 (50314927) ; 山内 清明 香川医科大学, 医学部, 客員教授 (00291427) ; 横見瀬 裕保 香川医科大学, 医学部, 教授 (80231728)
• Keywords: 軟骨再生 / コラーゲン / 骨形成蛋白 / 生体吸収性材料 / 成長因子徐放化 / 細胞外マトリクス / 移植 / 医用材料

Research Abstract

本研究の目的は、生体内で吸収され気管軟骨再生を誘導する増殖因子徐放能を有する機能的生体材料の開発である。
我々は、骨形成因子のBone morphogenetic protein-2(BMP-2)を生体吸収性材料のゼラチンから徐放化させることに成功した。特に塩基性ゼラチンスポンジを基材とすることで、BMP-2を長期間徐放化させることもが示された。研究対象としてはイヌ気管軟骨を使用した。気管軟骨の部分的断裂により、気管軟化症が引き起こされるとされる。イヌ気管軟骨を中央部で1cm切除することで、気管軟化症および気管軟骨欠損モデルが作成できた。本症は軟骨切除後1年でも認められ、気管軟骨切除部位は軟部組織に置換され軟骨・骨組織の再生は認めなかった。経時的観察で気管軟骨切除断端は、切除後早期では軟骨基質、軟骨細胞が剥き出しの状態であったが、徐々に周囲の軟骨膜に連続する線維芽細胞を含む線維組織からなる軟骨膜で覆われ、組織修復機構が働いていると考えられた。組織修復に伴っての軟化症の改善は認めず、この過程で気管内腔を保持しうる気管軟骨再生は認めなかった。気管軟骨再生および気管軟化症の治療も視野に入れ、同切除部位にBMP-2徐放ゼラチンを移植すると軟骨および骨組織を再生した。さらに骨膜を被覆することで切除断端を橋渡しする組織を誘導することに成功した。この部位はホスト軟骨膜-軟骨膜-軟骨-骨-軟骨-軟骨膜-ホスト軟骨膜からなる集合体を形成し、1年に渡って観察された。またこれにより、気管内腔保持に充分な力学的強度を保っていることが認められた。また軟骨組織の細胞外マトリクスに豊富に存在するコラーゲンを基材とこのBMP-2徐放ゼラチンスポンジを複合させることで、気管粘膜が再生し1年間に渡って気管内腔を保持しうる力学的強度をもつ人工気管を作成し得た。

Research Products

• [Publications] Okamoto T, Yamamoto Y, Goto M, et al.: "Cartilage regeneration using slow release of bone morphogenetic protein (BMP)-2 gelatin sponge to treat experimental canine tracheomalacia : preliminary report"ASAIO Journal. 49. 63-69 (2003)
• [Publications] Yamamoto Y, Okamoto T, Gotoh M, et al.: "Experimental study of bone morphogenetic proteins-2 low release from an artificial trachea made of biodegradable materials : Evaluation of stenting time"ASAIO Journal. (In press).
• [Publications] Okamoto T, Yamamoto Y, Goto M, et al.: "Long-term Evaluation of Canine Tracheal Cartilage Regeneration Induced by Slow Release of Bone Morphogenetic Protein (BMP)-2 from a Gelatin Sponge"J Thorac Cardiovasc Surg. (In press).