GelMAスキャフォールドの3Dバイオプリンティングは初代ヒト骨芽細胞によるミネラル沈着を誘発する

比較的低い抗原性と高い耐久性により、チタンは生体インプラントの主要材料として広く用いられてきました。しかし、チタンと組織との間の典型的な界面では周囲の骨への適切な荷重伝達が妨げられるため、時間の経過とともに荷重負荷インプラントは緩みやすく、再置換術が必要となります。チタンインプラントの骨結合（オッセオインテグレーション）には、骨芽細胞の接着を促進し、ミネラル沈着を誘発する生物学的および機械的シグナルの両方の提示が必要です。多くの因子が分化に寄与しているものの、さまざまなシグナルの相対的な重要性は不明のままです。チタンインプラントの骨結合を大幅に改善するため、我々は押出成形型3Dバイオプリンターを用いて、チタンインプラント表面に直接プリントおよびグラフト可能なゼラチンメタクリロイル（GelMA）スキャフォールドを作製しました。本研究では、このスキャフォールドが、外因性の骨形成因子が存在しない状態でも、MG63骨芽細胞および初代正常ヒト骨芽細胞の両方においてミネラル沈着を誘発できることを実証します。同一組成のフィルムではミネラル沈着を促進できなかったことから、この材料の他の分化に不利となり得るシグナルにもかかわらず、三次元スキャフォールドが分化を有利にする方向にバランスを傾けることができたことが示唆されます。さらに、これらのGelMA格子構造はチタン合金に直接グラフトすることができ、in vitroで7週間にわたり安定していることを示します。溝構造内にグラフトされた場合、GelMAハイドロゲルは骨髄移植モデルにおけるせん断力から保護されます。本成果は、骨形成コーティングをインプラント表面に直接作製し、手術用にパッケージングする道を開くものです。