Bone regeneration using block-type deproteinized porcine bone mineral with collagen membrane using 3,4-dihydroxyphenylalanine as bone adhesive

Abstract

본 연구의 목적은 접착성 및 세포독성에 대해 3,4-디하이드록시페닐알라닌 (DOPA)을 평가하고 골유도재생술식에 있어서 DOPA와 콜라겐 차폐막을 평가하는 것을 목적으로 한다. 박리 저항성 및 세포독성 시험을 수행 하였으며, 9개의 토끼 두개골에 네 개의 골결손부를 형성하고 다음과 같은 재료를 무작위로 적용하였다: (i) 대조군 (ii) 콜라겐 차폐막 (iii) DOPA를 적용한 콜라겐 차폐막으로 덮힌 탈단백질 돼지뼈 (iv) 시아노아크릴레이트를 적용한 콜라겐 차폐막으로 덮인 탈단백 돼지뼈. 미세 전산화 단층 촬영과 조직 형태 측정 분석을 위해 2주(n=4)와 8주 (n=5)에 동물을 희생시켰다. DOPA는 낮은 박리 저항성을 나타내지만 높은 세포 생존력을 보였다. 시아 노아크릴레이트와 DOPA 그룹은 2주 (P<0.029)에서 대조군과 콜라겐 차폐막 그룹에 비해 새로운 골량이 유의하게 높았다. 8주째 DOPA 군에서 가장 높은 새로운 골량을 보였다. DOPA 군에서 8주째에 새로운 골부위가 유의하게 높았다 (P<0.029). DOPA 군에서 2주에서 8주로 갈 수록 골형성이 증가 하였다 (P<0.016). DOPA는 높은 세포 생존력을 나타내었고 생체 내 연구 결과 뼈 재생에서 예측 가능한 성능을 보였다.

Purpose: (i) To assess 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) as bone adhesive by testing adhesiveness and cell cytotoxicity (ii) To evaluate effectiveness of cross-linked collagen membrane with DOPA in guided bone regeneration. Materials and methods: Peel resistance test and cell cytotoxicity test were performed to compare DOPA and cyanoacrylate. Four circular defects in 9 rabbit calvaria were randomly allocated to i) blood clot only (control) ii) membrane only (membrane) iii) deproteinized porcine bone mineral (DPBM) covered with collagen membrane with DOPA (DOPA) iv) DPBM covered with collagen membrane with cyanoacrylate (cyanoacrylate). Animals were sacrificed at 2 (n=4) and 8 weeks (n=5) for micro-computed tomography and histomorphometric analysis. Results: DOPA showed little resistance to peeling load but high cell viability. In micro-CT, both cyanoacrylate and DOPA groups showed significantly higher new bone volume (NBV), 38.00±3.50mm3 and 35.41±2.62mm3 respectively, compared to control and membrane groups at 2 weeks (5.73±4.01mm3 and 9.54±8.61mm3, respectively, p<0.029). At 8 weeks, the highest NBV was in DOPA group (28.91±5.12mm3) with no significant difference from cyanoacrylate group (27.63±8.52mm3). A significantly higher area of new bone was observed for DOPA group at 8 weeks (4.29±1.64mm2, p<0.029). Moreover, bone formation was significantly increased from 2 to 8 weeks in DOPA group only (p<0.016). Conclusions: In vitro effect of DOPA via application onto collagen membrane showed high cell viability with little adhesiveness, In vivo study revealed predictable performance as barrier membrane in bone regeneration.