Effect of lactoferrin-anchored tannylated mesoporous silica nanomaterials on spinal fusion in a rat model

Abstract

락토페린(LF)은 소와 인간의 초유에서 발견되는 강력한 항바이러스제, 항염증제, 항균제로서 골형성 성장 인자로 작용합니다. 본 연구는 쥐 모델에서 LF가 뼈 유합 물질로 기능하는지 여부를 조사하는 것을 목표로 했습니다. 본 연구에서는 LF 고정 탄닐화 메조포러스 실리카 나노물질(TA-MSN-LF)을 생성하고 척추 유합 동물 모델에서 낮은(1μg) 및 높은(100μg) TA-MSN-LF 농도의 효과를 측정했습니다. 연구에서 쥐는 결함, MSN, TA-MSN-LF낮음(1μg/ml) 및 TA-MSN-LF-높음(100μg/ml)의 4개 그룹으로 분류되었습니다. 수술 후 8주째에는 TA-MSN-LF 군에서 다른 군에 비해 방사선학적 융합이 더 많이 확인되었다. 헤마톡실린 및 에오신 염색은 TA-MSN-LF 그룹에서 새로운 뼈 유합이 유도되었음을 보여주었습니다. 또한, 면역조직화학법을 통해 뼈 형성의 지표인 오스테오칼신이 검출되었고, 그 강도는 TA-MSN-LF 군에서 유도되었다. TA-MSN-LF-High 그룹에서는 새로운 혈관의 형성이 유도되었습니다. 또한 TA-MSN-LF 군에서 혈청 오스테오칼신 수치의 증가와 오스테오칼신 및 오스테오폰틴의 mRNA 발현이 증가함을 확인했습니다. TAMSN-LF는 쥐에서 효과적인 뼈 유합과 혈관 신생을 보여주었습니다. 우리는 TA-MSN-LF가 척추뼈 유합을 위한 강력한 재료임을 제안합니다. Lactoferrin (LF) is a potent antiviral, anti-inflammatory, and antibacterial agent found in cow and human colostrum. Additionally, it acts as an osteogenic growth factor. This study aimed to investigate whether LF functions as a bone fusion material in a rat model. We created LF-anchored tannylated mesoporous silica nanomaterials (TA-MSN-LF) and measured the effects of low (1 μg) and high (100 μg) TA-MSN-LF concentrations in a spinal fusion animal model. Rats were assigned to four groups: defect, MSN, TA-MSN-LF-Low (1 μg/mL), and TA-MSN-LF-High (100 μg/mL). A greater amount of radiological fusion was identified in the TA-MSN-LF groups than in the other groups eight weeks after surgery. Hematoxylin and eosin staining revealed newly induced bone fusion in the TA-MSN-LF groups. Osteocalcin, a marker of bone formation, was detected through immunohistochemistry, and its intensity was induced in the TA-MSN-LF groups. Moreover, new vessels were formed in the TA-MSN-LF-High group. The serum osteocalcin level and mRNA expression of osteocalcin and osteopontin were increased in the TA-MSN-LF groups. Furthermore, TA-MSN-LF showed effective bone fusion and angiogenesis in rats. These findings suggest that TA-MSN-LF is a potent material for spinal bone fusion.