JP2016158680A - Scaffold for osteoanagenesis or for skin regeneration using graphene oxide - Google Patents

Scaffold for osteoanagenesis or for skin regeneration using graphene oxide Download PDF

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裕史 宮治
Yuji Miyaji
裕史 宮治
絵利香 西田
Erika Nishida
絵利香 西田
雅光 川浪
Masamitsu Kawanami
雅光 川浪
妹井子 新開
Maiko Shinkai
妹井子 新開
三村 邦年
Kunitoshi Mimura
邦年 三村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new scaffold excellent in cell proliferation promotion to the inside of the scaffold, which is a scaffold for osteoanagenesis and for skin regeneration in which utilization frequency of the scaffold is high.SOLUTION: In a scaffold for osteoanagenesis or for skin regeneration containing a substrate comprising a porous scaffold, and graphene oxide which is a coating onto at least a part of the surface of the substrate, the coating amount of the graphene oxide is in the range of 0.1-2.5 mass% based on the mass of the substrate.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、酸化グラフェンを用いた骨再生用又は皮膚再生用スキャフォールドに関する。より詳細には、本発明は、コラーゲン生体材料に酸化グラフェンを塗布した、組織再生能を増強した、骨再生用又は皮膚再生用のスキャフォールドに関する。   The present invention relates to a bone regeneration or skin regeneration scaffold using graphene oxide. More particularly, the present invention relates to a scaffold for bone regeneration or skin regeneration, in which graphene oxide is applied to a collagen biomaterial and tissue regeneration ability is enhanced.

再生医療は疾病、けが等で失われた組織や器官を機能的にもとの状態に回復させる治療法である。再生医療には細胞、生理活性物質、足場材(スキャフォールド)の3要素からなるティッシュエンジニアリングの原理が取り入れられている。臨床ではスキャフォールドを用いて細胞の増殖を促進する方法(スキャフォールド治療)と、iPS細胞などの培養細胞を直接用いる方法に大別される。   Regenerative medicine is a treatment method that functionally restores tissues and organs lost due to illness or injury. Regenerative medicine incorporates the principle of tissue engineering consisting of three elements: cells, bioactive substances, and scaffolds (scaffolds). In clinical practice, a method of promoting cell proliferation using scaffolds (scaffold treatment) and a method of directly using cultured cells such as iPS cells are roughly classified.

スキャフォールドは、3次元的骨格による適切な生体内強度を有しており、移植、貯留することで再生スペースを確保して細胞が増殖するための足場となる。スキャフォールド内部へ遊走増殖した細胞は、スキャフォールドを足場にして細胞外マトリクスを分泌、また同時に血管網の構築が起こり、自己組織化する。   The scaffold has an appropriate in vivo strength based on a three-dimensional skeleton, and serves as a scaffold for proliferating cells by securing a regeneration space by transplanting and storing. Cells that proliferate and migrate into the scaffold secrete the extracellular matrix using the scaffold as a scaffold, and at the same time, the vascular network is constructed and self-organizes.

また生体内での自己細胞の集積が見込まれない場合は、培養細胞を事前にスキャフォールドに播種してから生体内へ移植する方法が考えられている。生体内へ移植された培養細胞も、同様にスキャフォールドを足場にして増殖分化を起こして組織化する。   Further, in the case where accumulation of self cells in the living body is not expected, a method is considered in which cultured cells are seeded in advance in a scaffold and then transplanted into the living body. Similarly, cultured cells transplanted into a living body are proliferated, differentiated and organized using the scaffold as a scaffold.

スキャフォールドにはコラーゲン、フィブリン、キトサン、ヒアルロン酸、ポリ乳酸などの高分子、ハイドロキシアパタイト、三リン酸カルシウムなどの無機材料が応用され、再生組織に応じた基材選択が必要である。また線維芽細胞増殖因子(FGF-2)、骨誘導タンパク質(BMP-2)、血小板由来増殖因子(PDGF-BB)などの生理活性物質を組み合わせたものもある。   For the scaffold, polymers such as collagen, fibrin, chitosan, hyaluronic acid, polylactic acid, and inorganic materials such as hydroxyapatite and calcium triphosphate are applied, and it is necessary to select a substrate according to the regenerated tissue. There are also combinations of physiologically active substances such as fibroblast growth factor (FGF-2), osteoinductive protein (BMP-2), and platelet-derived growth factor (PDGF-BB).

スキャフォールド治療を行う部位としては骨、軟骨等の整形外科領域が最も多く、Medronic社のInfuse Bone Graftやオリンパステルモバイオマテリアル社のオスフェリオンなどが骨再生用スキャフォールドとして市販されており、市場規模も大きい。対象疾患には脊椎固定、腫瘍の骨転移等があげられる。次いで皮膚、並びに歯周組織等が多く、LifeCell社のアロダームやオリンパステルモバイオマテリアル社のテルダーミス、高研のボーンジェクト等が市販されている。対象疾患として皮膚熱傷、乳房再建、歯周炎、インプラント治療等があげられる。   There are the most orthopedic areas, such as bone and cartilage, for the scaffold treatment, and Medronic Infuse Bone Graft and Olympus Terumo Biomaterials Osferion are commercially available as bone regeneration scaffolds. large. Examples of target diseases include spinal fixation and tumor bone metastasis. Next, there are lots of skin and periodontal tissue, etc., such as LifeCell's allodarm, Olympus Terumo Biomaterials' terdermis, and Koken's bone project. Target diseases include skin burns, breast reconstruction, periodontitis, and implant treatment.

スキャフォールドは生体内に留置しても炎症を惹起せず、生体組織に吸収置換される優れた生体親和性が求められるが、さらに早い自己組織化のために細胞のスキャフォールド内部への増殖(イングロース)促進が求められる。細胞が内部へ早期に増殖できるように完全連通孔を付与する場合や(非特許文献4)、スキャフォールド表面への特異的構造の付与、生理活性物質の内包等が試みられている(非特許文献5)。   Scaffolds do not cause inflammation even when placed in vivo, and are required to have excellent biocompatibility that is absorbed and replaced by living tissue. However, for faster self-organization, cells can grow inside the scaffold ( Ingredient) promotion is required. In cases where complete communication holes are provided so that cells can proliferate early in the interior (Non-patent Document 4), a specific structure is imparted to the scaffold surface, inclusion of physiologically active substances, etc. (Non-patent Documents) Reference 5).

Lee WC, Lim CH, Shi H, Tang LA, Wang Y, Lim CT, Loh KP. Origin of enhanced stem cell growth and differentiation on graphene and graphene oxide. ACS Nano, 27, 7334-7341, 2011.Lee WC, Lim CH, Shi H, Tang LA, Wang Y, Lim CT, Loh KP. Origin of enhanced stem cell growth and differentiation on graphene and graphene oxide.ACS Nano, 27, 7334-7341, 2011. E Nishida, H Miyaji, H Takita, I Kanayama, M Tsuji, T Akasaka, T Sugaya, R Sakagami, M Kawanami. Graphene oxide coating facilitates the bioactivity of scaffold material for tissue engineering. Jpn J Appl Phys, 53, 1-7, 2014.E Nishida, H Miyaji, H Takita, I Kanayama, M Tsuji, T Akasaka, T Sugaya, R Sakagami, M Kawanami.Graphene oxide coating facilitates the bioactivity of scaffold material for tissue engineering.Jpn J Appl Phys, 53, 1-7 , 2014. I Kanayama, H Miyaji, H Takita, E Nishida, M Tsuji, B Fugetsu, L Sun, K Inoue, A Ibara, T Akasaka, T Sugaya, M Kawanami. Comparative study of bioactivity of collagen scaffolds coated with graphene oxide and reduced graphene oxide. Int J Nanomedicine, 9, 3363-3373, 2014.I Kanayama, H Miyaji, H Takita, E Nishida, M Tsuji, B Fugetsu, L Sun, K Inoue, A Ibara, T Akasaka, T Sugaya, M Kawanami. Comparative study of bioactivity of collagen scaffolds coated with graphene oxide and reduced graphene oxide. Int J Nanomedicine, 9, 3363-3373, 2014. H Miyaji, H Yokoyama, Y Kosen, H Nishimura, K Nakane, S Tanaka, K Otani, K Inoue, A Ibara, I Kanayama, T Yoshida, K Ogawa, E Nishida, M Kawanami. Bone augmentation in rat by highly porous β-TCP scaffolds with different open-cell sizes in combination with fibroblast growth factor-2. J Oral Tissue Engin 10, 172-181, 2013.H Miyaji, H Yokoyama, Y Kosen, H Nishimura, K Nakane, S Tanaka, K Otani, K Inoue, A Ibara, I Kanayama, T Yoshida, K Ogawa, E Nishida, M Kawanami.Bone augmentation in rat by highly porous β -TCP scaffolds with different open-cell sizes in combination with fibroblast growth factor-2.J Oral Tissue Engin 10, 172-181, 2013. A Ibara, H Miyaji, B Fugetsu, E Nishida, H Takita, S Tanaka, T Sugaya, M Kawanami. Osteoconductivity and biodegradability of collagen scaffold coated with nano-β-TCP and fibroblast growth factor 2. J Nanomater, 2013, 1-11, 2013.A Ibara, H Miyaji, B Fugetsu, E Nishida, H Takita, S Tanaka, T Sugaya, M Kawanami. Osteoconductivity and biodegradability of collagen scaffold coated with nano-β-TCP and fibroblast growth factor 2.J Nanomater, 2013, 1- 11, 2013.

前述のように早い自己組織化のために細胞のスキャフォールド内部への増殖(イングロース)促進を目的として種々の検討がなされている(非特許文献4,5参照)。しかし、十分満足できるレベルの増殖促進が可能なスキャフォールドは提供されていない。そこで、本発明は、早い自己組織化のために細胞のスキャフォールド内部への増殖促進に優れた新たなスキャフォールドを提供することを目的とする。特に本発明は、スキャフォールドの利用頻度の高い骨再生用及び皮膚再生用スキャフォールドであって、細胞のスキャフォールド内部への増殖促進に優れた新たなスキャフォールドを提供することを目的とする。   As described above, various studies have been made for the purpose of promoting the proliferation of cells into the scaffold (ingulose) for rapid self-assembly (see Non-Patent Documents 4 and 5). However, no scaffold is provided that is capable of promoting a sufficiently satisfactory level of growth. Therefore, an object of the present invention is to provide a new scaffold excellent in promoting the proliferation of cells into the scaffold for rapid self-organization. In particular, an object of the present invention is to provide a new scaffold that is a scaffold for bone regeneration and skin regeneration that frequently uses the scaffold, and that is excellent in promoting the proliferation of cells into the scaffold.

近年、ナノカーボンの生物学的応用が検討されている。ナノカーボンには、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、フラーレン、グラフェン等がある。グラフェンは炭素の単層ナノシートで、厚さ1ナノメートル程度のナノ物質である。グラフェンに官能基を付与して、分散性を高めたものが酸化グラフェン(GO)である。   In recent years, biological applications of nanocarbon have been studied. Nanocarbon includes carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanofiber, fullerene, graphene and the like. Graphene is a single layer nanosheet of carbon, a nanomaterial about 1 nanometer thick. Graphene oxide (GO) is obtained by imparting a functional group to graphene and improving dispersibility.

GOはin vitroで間葉系幹細胞の増殖分化促進等が報告されている。(非特許文献1)。また、GOは多孔質コラーゲン表面にコーティングをすることができることも知られている(非特許文献2, 3)。さらにGOでコーティングされたコラーゲンスキャフォールドは、気孔率は変化せずに強度が向上すること、コラーゲン表面にGO由来のナノ構造が付与されること、皮下結合組織における細胞のイングロースが促進されることが知られている(非特許文献2)。但し、皮下結合組織における細胞のイングロース促進は、0.01wt%GOコーティングの場合のみ得られ0.1wt%GO及び0.5wt%GOコーティングの場合に観察できなかった。さらに、骨芽細胞様細胞を播種した場合の細胞増殖については、0.01wt%GOコーティングの場合で、コントロール(GOコーティングなし)と同等かやや劣り、0.1wt%GO及び0.5wt%GOコーティングの場合にはコントロールより有意に劣化していた。   GO has been reported to promote proliferation and differentiation of mesenchymal stem cells in vitro. (Non-patent document 1). It is also known that GO can coat the surface of porous collagen (Non-patent Documents 2 and 3). In addition, the GO-coated collagen scaffold improves strength without changing porosity, imparts GO-derived nanostructures to the collagen surface, and promotes cell ingrowth in subcutaneous connective tissue. It is known (Non-Patent Document 2). However, the promotion of cell growth in subcutaneous connective tissue was obtained only with 0.01 wt% GO coating and could not be observed with 0.1 wt% GO and 0.5 wt% GO coating. Furthermore, cell proliferation when seeded with osteoblast-like cells is 0.01 wt% GO coating, which is equivalent to or slightly inferior to control (no GO coating), 0.1 wt% GO and 0.5 wt% GO coating Was significantly worse than the control.

非特許文献2に記載の結果は、皮下結合組織における細胞については、0.01wt% GOコーティングは、イングロースの促進効果はあるが、細胞増殖については効果がなく、GOコーティング量が増すと、細胞増殖は阻害されることを示す物であった。   The results described in Non-Patent Document 2 show that for cells in subcutaneous connective tissue, 0.01 wt% GO coating has an effect of promoting ingulose, but has no effect on cell proliferation. It was the thing which showed that proliferation was inhibited.

このような状況であり、コラーゲンスキャフォールドへのGOコーティングは、再生療法に不向きであると考えられたが、本発明者らは、敢えて、GO処理基材の骨の再生療法および皮膚の再生療法についてチャレンジした。
その結果、予想外にも、骨及び皮膚においては、GO処理基材にスキャフォールド治療の効果増強効果があること、この効果は、非特許文献2及び3に記載の場合に比べて、GOのコーティング量を低減した領域で見られることを見出して本発明を完成させた。
Under these circumstances, the GO coating on the collagen scaffold was considered unsuitable for regenerative therapy, but the present inventors dared to use bone treatment therapy and skin regenerative therapy based on GO treatment. Challenged.
As a result, unexpectedly, in bone and skin, the GO treatment base material has an effect of enhancing the effect of scaffold treatment, and this effect is compared to the cases described in Non-Patent Documents 2 and 3. The present invention was completed by finding that it can be seen in a region where the coating amount is reduced.

本発明は、以下の通りである。
[1]
多孔質スキャフォールドからなる基材、及び前記基材の表面の少なくとも一部へのコーティングである酸化グラフェンを含み、前記酸化グラフェンのコーティング量は、前記基材の質量基準で0.1〜2.5質量%の範囲である、骨再生用又は皮膚再生用スキャフォールド。
[2]
前記多孔質スキャフォールドが、コラーゲン、ゼラチン、フィブリン、キトサン、ヒアルロン酸、ポリ乳酸、ハイドロキシアパタイト、三リン酸カルシウムから成る群から選ばれる少なくとも1種の材料製である[1]に記載のスキャフォールド。
[3]
前記多孔質スキャフォールドが、50〜99%の範囲の気孔率を有し、連続した気孔構造を持つ、[1]又は[2]に記載のスキャフォールド。
[4]
50%変位(測定条件:クロスヘッドスピード0.5mm/分)における圧縮強度が、前記多孔質スキャフォールド基材の1.2倍以上である[1]〜[3]のいずれか1項に記載のスキャフォールド。
[5]
酸化グラフェンのコーティング量が、基材の質量基準で1.0〜2.3質量%の範囲である[1]〜[4]のいずれか1項に記載のスキャフォールド。
[6]
前記酸化グラフェンのコーティングは、厚さが0.4〜10nmであり、かつ平面方向の大きさが20nm以上である薄膜状酸化グラフェン粒子からなる、[1]〜[5]のいずれか1項に記載のスキャフォールド。
[7]
骨再生用である[1]〜[6]のいずれかに記載のスキャフォールド。
[8]
再生対象が骨及び軟骨である[7]に記載のスキャフォールド。
[9]
皮膚再生用である[1]〜[6]のいずれかに記載のスキャフォールド。
[10]
再生対象が表皮および真皮である[9]に記載のスキャフォールド。
[11]
[1]〜[6]のいずれか1項に記載のスキャフォールドの製造方法であって、
酸化グラフェン粒子の分散液を、多孔質スキャフォールドからなる基材の内部に注入し、前記基材の表面の少なくとも一部に酸化グラフェンをコーティングすることを含む、前記製造方法。
[12]
前記分散液は、水及びN−メチル−2−ピロリドンの混合溶液に酸化グラフェン粒子を分散した物である[11]に記載の製造方法。
[13]
前記分散液における酸化グラフェン粒子の濃度は0.0001〜0.01質量%の範囲である、[11]又は[12]に記載の製造方法。
The present invention is as follows.
[1]
A base material composed of a porous scaffold, and graphene oxide which is a coating on at least a part of the surface of the base material, and the coating amount of the graphene oxide is 0.1-2. Scaffold for bone regeneration or skin regeneration in the range of 5% by mass.
[2]
The scaffold according to [1], wherein the porous scaffold is made of at least one material selected from the group consisting of collagen, gelatin, fibrin, chitosan, hyaluronic acid, polylactic acid, hydroxyapatite, and calcium triphosphate.
[3]
The scaffold according to [1] or [2], wherein the porous scaffold has a porosity in the range of 50 to 99% and has a continuous pore structure.
[4]
The compressive strength at 50% displacement (measurement condition: crosshead speed 0.5 mm / min) is 1.2 times or more that of the porous scaffold base material, according to any one of [1] to [3]. Scaffold.
[5]
The scaffold according to any one of [1] to [4], wherein the coating amount of graphene oxide is in the range of 1.0 to 2.3 mass% based on the mass of the substrate.
[6]
Any one of [1] to [5], wherein the graphene oxide coating is formed of thin film graphene oxide particles having a thickness of 0.4 to 10 nm and a planar size of 20 nm or more. The described scaffold.
[7]
The scaffold according to any one of [1] to [6], which is used for bone regeneration.
[8]
The scaffold according to [7], wherein the regeneration target is bone and cartilage.
[9]
The scaffold according to any one of [1] to [6], which is for skin regeneration.
[10]
The scaffold according to [9], wherein the regeneration target is epidermis and dermis.
[11]
The scaffold production method according to any one of [1] to [6],
The manufacturing method, comprising injecting a dispersion of graphene oxide particles into a substrate made of a porous scaffold, and coating at least a part of the surface of the substrate with graphene oxide.
[12]
The said dispersion liquid is a manufacturing method as described in [11] which is a thing which disperse | distributed the graphene oxide particle | grains in the mixed solution of water and N-methyl-2-pyrrolidone.
[13]
The production method according to [11] or [12], wherein the concentration of the graphene oxide particles in the dispersion is in the range of 0.0001 to 0.01% by mass.

本発明によれば、骨の再生療法および皮膚の再生療法において特に有効なスキャフォールドを提供できる。本発明によれば、スキャフォールドの利用頻度の高い骨再生用及び皮膚再生用スキャフォールドであって、細胞のスキャフォールド内部への増殖促進に優れた新たなスキャフォールドを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a scaffold that is particularly effective in bone regeneration therapy and skin regeneration therapy. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a scaffold for bone regeneration and skin regeneration with high use frequency of a scaffold, Comprising: The new scaffold excellent in the proliferation promotion to the inside of a scaffold can be provided.

a:コラーゲンスキャフォールド(以下col)、0.001 GOコーティングコラーゲンスキャフォールド(以下GOスキャフォールド)、および0.01GOスキャフォールドの写真。b:col表面の走査型電子顕微鏡(以下SEM)写真。c:0.001GO GOスキャフォールド表面のSEM写真。d:0.01GOスキャフォールド表面のSEM写真。a: Photograph of collagen scaffold (hereinafter referred to as col), 0.001 GO-coated collagen scaffold (hereinafter referred to as GO scaffold), and 0.01GO scaffold. b: Scanning electron microscope (hereinafter SEM) photograph of col surface. c: SEM photo of the 0.001GO GO scaffold surface. d: SEM photograph of 0.01GO scaffold surface. 0.0003GO,0.001GO,0.003GO,0.01GOスキャフォールドおよびcolの圧縮強度試験結果。Compressive strength test results of 0.0003GO, 0.001GO, 0.003GO, 0.01GO scaffold and col. 0.001GO,0.01GO,0.1GOスキャフォールドおよびcol のコラゲナーゼ溶解試験結果。Collagenase dissolution test results for 0.001GO, 0.01GO, 0.1GO scaffold and col. a:0.01GO,0.025GO,0.05GO,0.1GOスキャフォールドおよびcolの細胞増殖性試験結果。b: 0.0003GO, 0.001GO, 0.003GO, 0.01GOスキャフォールドおよびcolの細胞増殖性試験結果。a: Cell proliferation test results of 0.01GO, 0.025GO, 0.05GO, 0.1GO scaffold and col. b: Cell proliferation test results of 0.0003GO, 0.001GO, 0.003GO, 0.01GO scaffold and col. a:0.001GO,0.01GOコーティングコラーゲンスポンジ(以下GOスポンジ)およびコラーゲンスポンジ(以下cs)の写真。b:0.001GO,0.01GOスポンジおよびcsの細胞増殖性試験結果。a: Pictures of 0.001GO, 0.01GO coated collagen sponge (hereinafter GO sponge) and collagen sponge (hereinafter cs). b: Cell proliferation test result of 0.001GO, 0.01GO sponge and cs. ラット頭蓋骨モデル術後10日の組織像(ヘマトキシリンエオシン(以下HE)染色)。a:0.01GOスキャフォールド埋植後、b:col埋植後。Tissue image 10 days after rat skull model surgery (hematoxylin eosin (hereinafter referred to as HE) staining). a: After 0.01GO scaffold implantation, b: After col implantation. ラット頭蓋骨モデル術後35日の組織像(HE染色)。a:0.01GOスキャフォールド埋植後、b:aの1の拡大像、矢印はマクロファージ様細胞を示す、c:0.001GOスキャフォールド埋植後。Tissue image 35 days after rat skull model surgery (HE staining). a: after 0.01 GO scaffold implantation, b: 1 magnified image of a, arrows indicate macrophage-like cells, c: after 0.001 GO scaffold implantation. a: ラット頭蓋骨モデルcol埋植後35日の組織像(HE染色)、b:ラット頭蓋骨モデルコントロール(ctrl)35日の組織像(HE染色)、c:0.001GO,0.01GOスキャフォールド、col埋植後ならびにコントロール(ctrl)の新生骨面積計測結果。a: Tissue image of rat skull model col 35 days after implantation (HE staining), b: Rat skull model control (ctrl) 35 days tissue image (HE staining), c: 0.001GO, 0.01GO scaffold, col implantation Results of new bone area measurement after planting and control (ctrl). ラット頭蓋骨モデル術後14日の組織像(ペルオキシターゼ染色)。a:0.01GOスキャフォールド埋植後、b:col埋植後。Tissue image 14 days after rat skull model surgery (peroxidase staining). a: After 0.01GO scaffold implantation, b: After col implantation. ラット頭蓋骨モデル術後14日の組織像。a:0.01GOスキャフォールドおよびcol埋植後の抗ED1/抗Galectin-3抗体による重染色(マクロファージの染色)、b:0.01GOスキャフォールドおよびcol埋植後の抗smooth muscle actin抗体による染色(血管平滑筋細胞の染色)。Tissue image 14 days after rat skull model surgery. a: Heavy staining with anti-ED1 / anti-Galectin-3 antibody after 0.01GO scaffold and col implantation (staining of macrophages), b: Staining with anti-smooth muscle actin antibody after 0.01GO scaffold and col implantation (blood vessels) Smooth muscle cell staining). ラット頭蓋骨モデル術後14日目の組織像。a:0.01GOスキャフォールドおよびcol埋植後の抗RECA-1抗体による染色(血管内皮細胞の染色)、b:0.01GOスキャフォールドおよびcol埋植後の抗Prolyl-4-Hydroxylase beta抗体による染色(線維芽細胞の染色)。Tissue image 14 days after rat skull model surgery. a: Staining with anti-RECA-1 antibody after 0.01GO scaffold and col implantation (vascular endothelial cell staining), b: Staining with anti-Prolyl-4-Hydroxylase beta antibody after 0.01GO scaffold and col implantation ( Staining of fibroblasts). イヌ抜歯窩における術後14日の組織像(HE染色)a:0.01GOスキャフォールド埋植後、b:aの1の拡大像、c:aの2の拡大像、d:aの3の拡大像。Histological image 14 days after operation in canine extraction socket (HE staining) a: 0.01GO scaffold, b: a 1 enlarged image, c: a 2 enlarged image, d: a 3 enlarged image. a:イヌ抜歯窩におけるcol埋植後14日の組織像(HE染色)、b:0.01GOスキャフォールドおよびcol埋植後の新生骨形成率の計測結果。a: Histological image (HE staining) 14 days after col implantation in canine tooth extraction socket, b: Measurement result of new bone formation rate after 0.01 GO scaffold and col implantation. ラット皮膚欠損モデル術後10日の組織像(HE染色)。a:0.01GOスキャフォールド埋植後、b:aの1の拡大像、c:aの2の拡大像、矢印は上皮の伸長先端を示す、d:aの3の拡大像、矢印は上皮の伸長先端を示す。Tissue image 10 days after surgery for rat skin defect model (HE staining). a: after 0.01GO scaffold implantation, b: a magnified image of 1 a, c: a magnified image of 2, an arrow indicates the epithelial extension tip, d: a magnified image of 3, an arrow indicates the epithelium The extension tip is shown. ラット皮膚欠損モデル術後10日の組織像(HE染色)。a:col埋植後、b:aの1の拡大像、c:aの2の拡大像、矢印は上皮の伸長先端を示す、d:aの3の拡大像、矢印は上皮の伸長先端を示す。Tissue image 10 days after surgery for rat skin defect model (HE staining). After a: col implantation, b: a 1 magnified image, c: a 2 magnified image, arrow shows epithelial extension tip, d: a 3 magnified image, arrow epithelium extension tip Show. ラット皮膚欠損モデル術後10日の組織像(HE染色)。a:コントロール(ctrl)、b:aの1の拡大像、c:aの2の拡大像、矢印は上皮の伸長先端を示す、d:aの3の拡大像、矢印は上皮の伸長先端を示す。Tissue image 10 days after surgery for rat skin defect model (HE staining). a: control (ctrl), b: a magnified image of 1 in c, a magnified image of 2 in c: a, arrow indicates the tip of the epithelium, d: a magnified image of 3, the arrow indicates the tip of the epithelium Show. 0.01GOスキャフォールド、col埋植後ならびにコントロール(ctrl)の上皮侵入率の計測結果。Measurement results of epithelial invasion rate after 0.01GO scaffold, col implantation and control (ctrl).

<骨再生用又は皮膚再生用スキャフォールド>
本発明は、多孔質スキャフォールドからなる基材、及び前記基材の表面の少なくとも一部へのコーティングである酸化グラフェンを含み、前記酸化グラフェンのコーティング量は、前記基材の質量基準で0.1〜2.5質量%の範囲であるスキャフォールドであって、このスキャフォールドは、骨再生に用いられる物であるか、又は皮膚再生に用いられる物である。
<Scarf for bone regeneration or skin regeneration>
The present invention includes a base material composed of a porous scaffold, and graphene oxide which is a coating on at least a part of the surface of the base material, and the coating amount of the graphene oxide is 0. Scaffolds in the range of 1 to 2.5% by weight, which scaffolds are used for bone regeneration or are used for skin regeneration.

多孔質スキャフォールドは、再生療法に用いられるスキャフォールドとして知られ、又は再生療法に用いられている多孔質の生体材料からなるスキャフォールドであれば、特に制限はなく、例えば、コラーゲン、ゼラチン、フィブリン、キトサン、ヒアルロン酸、ポリ乳酸などの高分子材料からなるもの、あるいはハイドロキシアパタイト、三リン酸カルシウムなどの無機材料からなるものであることができ、これらの材料の複合体からなる物であっても良い。   The porous scaffold is not particularly limited as long as it is known as a scaffold used for regenerative therapy or is a scaffold made of a porous biomaterial used for regenerative therapy. For example, collagen, gelatin, fibrin It can be made of a polymer material such as chitosan, hyaluronic acid or polylactic acid, or can be made of an inorganic material such as hydroxyapatite or calcium triphosphate, and can be a composite of these materials. .

多孔質スキャフォールドの多孔質にも特に制限はないが、細胞増殖の良好な足場になり得るという観点からは、比較的高い気孔率を有するものであることが好ましく、例えば、50〜99%の範囲の気孔率を有することができる。ここでの気孔率は、気孔率(%)=100×(1-ρ1/ρ2)、ρ1:スキャフォールドの密度、ρ2:スキャフォールドを構成する材料の真密度、と定義される。また、多孔質の構造は、好ましくは連続した気孔構造であることが好ましく、連続した気孔構造とは、スキャフォールド内の気孔の少なくとも一部が、連通した構造であり、孤立した気孔を有さないことが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular also in the porous of a porous scaffold, From a viewpoint that it can become a favorable scaffold of cell growth, it is preferable that it has a comparatively high porosity, for example, 50-99%. It can have a range of porosity. The porosity here is defined as porosity (%) = 100 × (1−ρ1 / ρ2), ρ1: the density of the scaffold, ρ2: the true density of the material constituting the scaffold. The porous structure is preferably a continuous pore structure. The continuous pore structure is a structure in which at least a part of the pores in the scaffold are in communication and has isolated pores. Preferably not.

本発明のスキャフォールドは、多孔質スキャフォールドからなる基材の表面の少なくとも一部、または全面に酸化グラフェンのコーティングを有する。表面のコーティング率は、酸化グラフェンのコーティング量及び多孔質スキャフォールドの表面積、気孔率等により変動する。酸化グラフェンのコーティング量は、基材の質量基準で0.1〜2.5質量%の範囲であり、骨の再生療法および皮膚の再生療法において特に有効なスキャフォールドを提供できるという観点から好ましくは1.0〜2.3質量%の範囲であり、より好ましくは1.4〜2.3質量%の範囲である。実施例において示すように、SEM観察において、基材の質量基準で1.83質量%、2.22質量%の酸化グラフェンでコーティングしたコラーゲンスキャフォールド(0.001GOおよび0.01GO、気孔率:97.604%および97.597%)では、表面の全面が酸化グラフェンでコーティングされたことが確認できた(図1c、d)。   The scaffold of the present invention has a graphene oxide coating on at least a part or the entire surface of a substrate made of a porous scaffold. The surface coating rate varies depending on the coating amount of graphene oxide, the surface area of the porous scaffold, the porosity, and the like. The coating amount of graphene oxide is preferably in the range of 0.1 to 2.5% by mass based on the mass of the base material, and preferably from the viewpoint of providing a particularly effective scaffold in bone regeneration therapy and skin regeneration therapy. It is the range of 1.0-2.3 mass%, More preferably, it is the range of 1.4-2.3 mass%. As shown in the Examples, in SEM observation, collagen scaffolds coated with 1.83% by mass and 2.22% by mass of graphene oxide based on the mass of the substrate (0.001 GO and 0.01 GO, porosity: 97 (.604% and 97.597%), it was confirmed that the entire surface was coated with graphene oxide (FIGS. 1c and d).

本発明のスキャフォールドは、酸化グラフェンコーティングを有することで、機械的強度が増強され、50%変位(測定条件:クロスヘッドスピード0.5mm/分)における圧縮強度が、多孔質スキャフォールド基材と有意差がある。具体的には、例えば、50%変位(測定条件:クロスヘッドスピード0.5mm/分)における圧縮強度が、多孔質スキャフォールド基材の1.2倍以上であることができる。実施例1に示すように、多孔質スキャフォールド基材がコラーゲンスキャフォールド基材の場合、50%変位(測定条件:クロスヘッドスピード0.5mm/分)における圧縮強度は、酸化グラフェンコーティングを有さないコントロールに比べて、酸化グラフェンコーティング量に応じて、約1.3倍〜1.9倍の範囲である。   Since the scaffold of the present invention has a graphene oxide coating, the mechanical strength is enhanced, and the compressive strength at 50% displacement (measurement condition: crosshead speed 0.5 mm / min) is the same as that of the porous scaffold base material. There is a significant difference. Specifically, for example, the compressive strength at 50% displacement (measurement condition: crosshead speed 0.5 mm / min) can be 1.2 times or more that of the porous scaffold base material. As shown in Example 1, when the porous scaffold base material is a collagen scaffold base material, the compressive strength at 50% displacement (measurement condition: crosshead speed 0.5 mm / min) has a graphene oxide coating. Compared to no control, it is in the range of about 1.3 times to 1.9 times depending on the amount of graphene oxide coating.

酸化グラフェンのコーティングは、薄膜状酸化グラフェン粒子を多孔質スキャフォールド基材の表面に被覆した層であることができ、薄膜状酸化グラフェン粒子は、例えば、厚さが0.4〜10nmであり、かつ平面方向の大きさが20nm以上であることができ。このように非常に微細な薄膜状酸化グラフェン粒子を用いたコーティングを有する本発明のスキャフォールドは、機械的強度が増強され、かつ骨再生療法及び皮膚再生療法においてはイングロースが促進される効果を有するものと推察される。   The coating of graphene oxide can be a layer in which thin-film graphene oxide particles are coated on the surface of a porous scaffold substrate, and the thin-film graphene oxide particles have a thickness of, for example, 0.4 to 10 nm and are planar. The direction size can be more than 20nm. Thus, the scaffold of the present invention having a coating using very fine thin-film graphene oxide particles has an effect of enhancing mechanical strength and promoting ingress in bone regeneration therapy and skin regeneration therapy. Inferred to have.

本発明のスキャフォールドは、骨再生用であり、再生対象が骨及び軟骨である。   The scaffold of the present invention is for bone regeneration, and the regeneration target is bone and cartilage.

本発明のスキャフォールドは、皮膚再生用であり、再生対象が表皮および真皮である。   The scaffold of the present invention is for skin regeneration, and the regeneration target is epidermis and dermis.

<酸化グラフェンコーティングスキャフォールドの製造方法>
本発明のスキャフォールドの製造方法は、酸化グラフェン粒子の分散液を、多孔質スキャフォールドからなる基材の内部に注入し、前記基材の表面の少なくとも一部に酸化グラフェンをコーティングすることを含む。酸化グラフェン粒子の分散液を、例えば、シリンジ等の注入治具を用い、多孔質スキャフォールドの中心部に注射針を差し込み、中心部に差し込んだ注射針の先から、分散液を基材の内部に注入することで、注入された分散液は多孔質スキャフォールドの内部を伝わって基材の外面まで移動する間に、酸化グラフェンのコーティングが、多孔質スキャフォールドの内部の表面及び外面の少なくとも一部または全部に形成される。
<Manufacturing method of graphene oxide coating scaffold>
The scaffold manufacturing method of the present invention includes injecting a dispersion of graphene oxide particles into a substrate made of a porous scaffold, and coating at least a part of the surface of the substrate with graphene oxide. . The dispersion of graphene oxide particles, for example, using an injection jig such as a syringe, insert the injection needle into the center of the porous scaffold, and the dispersion from the tip of the injection needle inserted into the center into the interior of the substrate The graphene oxide coating is applied to at least one of the inner surface and the outer surface of the porous scaffold while the injected dispersion travels through the porous scaffold to the outer surface of the substrate. Part or all.

この酸化グラフェンのコーティング方法は、基材が多孔質であり、かつ酸化グラフェン粒子が非常に微細であるために可能になり、多孔質スキャフォールドの内部の表面及び外面に均一にコーティングが形成される利点がある。   This graphene oxide coating method is possible because the substrate is porous and the graphene oxide particles are very fine, and the coating is uniformly formed on the inner and outer surfaces of the porous scaffold. There are advantages.

酸化グラフェン粒子の分散液は、酸化グラフェン粒子、水及びN-メチル-2-ピロリドン(NMP)の混合溶液に分散した分散液であることができる。水及びNMPの混合溶液は、NMPの濃度が、例えば、0.1〜99質量%の範囲である。この範囲のNMPの濃度の分散液を用いることで酸化グラフェンコーティングを良好に形成することができる。但し、NMPの比率が高いほど、酸化グラフェン粒子のスキャフォールド基材表面への付着性は向上する傾向があるので、NMPの濃度は、例えば、10〜99質量%の範囲であり、前記範囲の下限は好ましくは20質量%以上、より好ましくは50質量%以上である。   The dispersion liquid of graphene oxide particles can be a dispersion liquid dispersed in a mixed solution of graphene oxide particles, water, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). In the mixed solution of water and NMP, the concentration of NMP is, for example, in the range of 0.1 to 99% by mass. A graphene oxide coating can be satisfactorily formed by using a dispersion having a concentration of NMP in this range. However, the higher the ratio of NMP, the better the adhesion of graphene oxide particles to the scaffold substrate surface. Therefore, the concentration of NMP is, for example, in the range of 10 to 99% by mass. The lower limit is preferably 20% by mass or more, more preferably 50% by mass or more.

前記分散液における酸化グラフェン粒子の濃度としては、再生療法用のスキャフォールドとして良好な性質を有するコーティングを形成するという観点からは、例えば、0.0001質量%以上の範囲であることが適当であり、より好ましくは、0.0001〜1質量%の範囲であり、さらにより好ましくは0.0001〜0.05質量%の範囲が適当である。再生療法用のスキャフォールドにコーティングされる酸化グラフェンの量は、コーティング液の濃度のみならず、スキャフォールドの寸法や内部構造にも依存するので、スキャフォールドの種類に応じて、所望の酸化グラフェン含有量になるように、コーティング液の濃度は適宜設定できる。   The concentration of the graphene oxide particles in the dispersion is suitably in the range of, for example, 0.0001% by mass or more from the viewpoint of forming a coating having good properties as a scaffold for regenerative therapy. More preferably, it is in the range of 0.0001 to 1% by mass, and still more preferably in the range of 0.0001 to 0.05% by mass. The amount of graphene oxide coated on the scaffold for regenerative therapy depends not only on the concentration of the coating solution, but also on the size and internal structure of the scaffold, so depending on the type of scaffold, it contains the desired graphene oxide content. The concentration of the coating solution can be set as appropriate so that the amount is sufficient.

水、NMP及び酸化グラフェン粒子を含有する分散液は、市販の酸化グラフェン含有溶液とNMP、又は水及びNMPを任意に混合することで、調製することができる。水及びNMPを混合する場合は、酸化グラフェン含有溶液と水を混合した後にNMPを添加混合しても良いし、酸化グラフェン含有溶液を水とNMPの混合溶液に添加混合しても良い。   A dispersion containing water, NMP and graphene oxide particles can be prepared by arbitrarily mixing a commercially available graphene oxide-containing solution and NMP, or water and NMP. When mixing water and NMP, NMP may be added and mixed after mixing the graphene oxide-containing solution and water, or the graphene oxide-containing solution may be added to and mixed with the mixed solution of water and NMP.

一般に、酸化グラフェン含有溶液に含有される酸化グラフェン粒子は黒鉛を特定の方法で酸化することにより製造される黒鉛の層間化合物である。酸化グラフェンを得るための黒鉛の酸化法としては、公知のBrodie法(硝酸、塩素酸カリウムを使用)、Staudenmaier法(硝酸、硫酸、塩素酸カリウムを使用)、Hummers−Offeman法(硫酸、硝酸ナトリウム、過マンガン酸カリウムを使用)などが利用できる。これらのうち、特に酸化が進行するのはHummers−Offeman法(W.S.Hummers et al.,J.Am.Chem.Soc.,80,1339(1958);米国特許No.2798878(1957))であり、本発明でもこの酸化方法が特に推奨される。なお、層数が多い酸化グラフェンは通常酸化黒鉛と呼ばれるが、本発明では層数が多い場合も含めて酸化グラフェンと呼ぶことにする。   Generally, the graphene oxide particles contained in the graphene oxide-containing solution are graphite intercalation compounds produced by oxidizing graphite by a specific method. Graphite oxidation methods for obtaining graphene oxide include the known Brodie method (using nitric acid and potassium chlorate), the Staudenmeier method (using nitric acid, sulfuric acid and potassium chlorate), and the Hummers-Offeman method (sulfuric acid and sodium nitrate). , Using potassium permanganate). Of these, oxidation proceeds particularly in the Hummers-Offeman method (WS Hummers et al., J. Am. Chem. Soc., 80, 1339 (1958); US Pat. No. 2,798,878 (1957)). This oxidation method is particularly recommended in the present invention. Note that graphene oxide with a large number of layers is usually called graphite oxide, but in the present invention, it is called graphene oxide even when the number of layers is large.

酸化グラフェンを層状に剥離し、層数の少ない酸化グラフェンを得るためには、例えば酸化グラフェンの精製を十分行えばよい。精製操作には、デカンテーション、濾過、遠心分離、透析、イオン交換などの公知の手段を用いればよい。精製時において、多層構造の分離は自発的に生じるが、これに加えて、振とうなどの撹拌操作やせん断力などの物理力を加えると分離がさらに促進されるので望ましい。超音波照射も利用可能であるが、層の分離と共に各層の基本構造が破壊されてアスペクト比が小さくなる傾向がある。以上の方法により、酸化グラフェン含有溶液を作製することができる。酸化グラフェンは単層または複層構造を有する物であることができる。   In order to peel graphene oxide into layers and obtain graphene oxide with a small number of layers, for example, graphene oxide may be sufficiently purified. For the purification operation, known means such as decantation, filtration, centrifugation, dialysis, and ion exchange may be used. At the time of purification, separation of the multilayer structure occurs spontaneously, but in addition to this, addition of a stirring operation such as shaking or a physical force such as a shearing force is desirable because the separation is further promoted. Ultrasonic irradiation can also be used, but the aspect ratio tends to be reduced due to destruction of the basic structure of each layer as the layers are separated. By the above method, a graphene oxide-containing solution can be prepared. Graphene oxide can have a single layer structure or a multilayer structure.

酸化グラフェン含有溶液中の酸化グラフェンの酸素含有量としては、5質量%以上であることが好ましく10質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることがさらに好ましい。酸素含有量が5質量%未満になると、酸化黒鉛からの層分離が困難になる。また、酸素含有量が30質量%以上であれば、酸化黒鉛からの層分離が容易になる。十分に酸化された状態として酸素含有量の上限は一般に50質量%程度までである。酸化グラフェン含有溶液中の酸化グラフェンの酸素含有量は、40℃で真空乾燥させた酸化グラフェンについて、前記のようにXPS(X線光電子分光法)等により評価することができる。   The oxygen content of graphene oxide in the graphene oxide-containing solution is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and further preferably 30% by mass or more. When the oxygen content is less than 5% by mass, layer separation from graphite oxide becomes difficult. Moreover, if the oxygen content is 30% by mass or more, layer separation from graphite oxide becomes easy. The upper limit of the oxygen content is generally up to about 50% by mass in a sufficiently oxidized state. The oxygen content of graphene oxide in the graphene oxide-containing solution can be evaluated by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) or the like as described above for graphene oxide vacuum-dried at 40 ° C.

本発明で用いる酸化グラフェン含有溶液中の酸化グラフェン粒子は、厚さが0.4〜10nmであり、平面方向の大きさが20nm以上である薄膜状粒子であることが好ましい。この薄膜状粒子である酸化グラフェンは層構造を有する酸化グラフェンの基本層の層数が20層未満であり、緻密な炭素骨格を持っているにも関わらず、しなやかに変化することができる。そのため、基材表面において基材表面の微細な凹凸形状に沿って密着することができ、その結果、コーティングと基材との強固な密着を実現でき、さらに、比較的薄膜であるために、基材表面に密着中に外力に対する抵抗が比較的小さく基材表面からの剥離に対する耐性も高くなる。加えて、骨再生療法及び皮膚再生療法においてはイングロースが促進される効果を有するものと推察される。   The graphene oxide particles in the graphene oxide-containing solution used in the present invention are preferably thin film particles having a thickness of 0.4 to 10 nm and a planar size of 20 nm or more. The graphene oxide, which is a thin film particle, has less than 20 basic layers of graphene oxide having a layer structure, and can change flexibly even though it has a dense carbon skeleton. For this reason, the substrate surface can be closely adhered along the fine uneven shape of the substrate surface, and as a result, a strong adhesion between the coating and the substrate can be realized. During close contact with the material surface, resistance to external force is relatively small, and resistance to peeling from the substrate surface is also high. In addition, in bone regeneration therapy and skin regeneration therapy, it is presumed that ingrose has an effect of promoting.

酸化グラフェン含有溶液中の酸化グラフェン粒子の厚みはできるだけ薄いものほど、薄い酸化グラフェン層を形成できるため望ましい。そこで、酸化グラフェン粒子の厚みとしては、5nm以下の厚みの酸化グラフェン粒子を60%以上含有しているものが好ましく、1.5nm以下の厚みの酸化グラフェン粒子を60%以上含有するものであるとさらに好ましい。厚みの評価は原子間力顕微鏡を用いて次のような方法で行うことができる。希釈した酸化グラフェン粒子の水分散液を基板(マイカ)の上に滴下し、原子間力顕微鏡により重なりのない孤立した粒子を見つけ、原子間力顕微鏡で測定される基板と孤立粒子の高さの差が粒子の厚みとなる。粒子にしわが形成されている場合、しわの部分は厚さを反映していないので、しわのない部分と基板との高さの差で厚みを評価するようにする。吸着水の影響もあるため、厚みが1.5nm以下は酸化グラフェンの層数が1層と考えられる。一定厚み以下の酸化グラフェンの含有割合は、30個の粒子について厚みを測定し、30個中の一定厚み以下の酸化グラフェンの割合で算出することとする。   The thinner the graphene oxide particles in the graphene oxide-containing solution are, the more preferable, since a thin graphene oxide layer can be formed. Therefore, the thickness of the graphene oxide particles is preferably 60% or more of graphene oxide particles having a thickness of 5 nm or less, and more preferably 60% or more of graphene oxide particles having a thickness of 1.5 nm or less. preferable. The thickness can be evaluated by the following method using an atomic force microscope. Drop the diluted aqueous dispersion of graphene oxide particles onto the substrate (mica), find isolated particles that do not overlap with the atomic force microscope, and measure the height of the substrate and the isolated particles measured by the atomic force microscope. The difference is the thickness of the particles. In the case where wrinkles are formed in the particles, the wrinkled portion does not reflect the thickness. Therefore, the thickness is evaluated based on the difference in height between the wrinkled portion and the substrate. Because of the influence of adsorbed water, it is considered that the number of graphene oxide layers is one when the thickness is 1.5 nm or less. The content ratio of graphene oxide having a certain thickness or less is calculated by measuring the thickness of 30 particles and calculating the ratio of graphene oxide having a certain thickness or less in 30 particles.

本発明で用いる酸化グラフェンは、厚さが0.4〜10nmであり、平面方向の大きさが20nm以上であり、比誘電率が15以上の液体に分散可能である薄膜状粒子である酸化グラフェンは、例えば、日本特許第4798411号公報に記載の製造方法を用いて製造することができる。また、上記特性を有する酸化グラフェン分散液としては、酸化グラフェン分散液(nano GRAX(登録商標)、1wt%、三菱瓦斯化学(株))を用いることもできる。   The graphene oxide used in the present invention has a thickness of 0.4 to 10 nm, a planar size of 20 nm or more, and graphene oxide, which is a thin film-like particle dispersible in a liquid having a relative dielectric constant of 15 or more, For example, it can be manufactured using the manufacturing method described in Japanese Patent No. 4798411. In addition, as the graphene oxide dispersion having the above characteristics, a graphene oxide dispersion (nano GRAX (registered trademark), 1 wt%, Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) can also be used.

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。但し、実施例は本発明の例示であって、本発明は実施例に限定される意図ではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not intended to be limited to the examples.

製造例1
SEM観察
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録),三菱瓦斯化学)を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.0001,0.001,0.01wt%のGO溶液を作製した。6×6×3 mm(3.7mg)に成形したcol(テルダーミス(商標登録)、オリンパステルモバイオマテリアル)を各濃度のGO溶液0.1mLに浸漬し、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、それぞれ0.0001GO, 0.001GO,0.01GOスキャフォールドとした(図1a、0.0001GOは図示せず)。0.0001GO, 0.001GO,0.01GOスキャフォールドのGO含有量(質量%、実施例において以下同様)は、計測の結果、それぞれ1.1%, 1.83%,2.22%であった。0.001GO,0.01GOの各スキャフォールドの表面構造を白金パラジウム蒸着および加速電圧10kVの条件でSEM観察した。またコントロールとしてcolの表面構造を同様に観察した(図1b〜d)。
[結果]
Colではコラーゲンの線維にコラーゲンの架橋周期と一致する横紋様構造を認めた。一方0.001GO,0.01GOではスキャフォールド表面に横紋様構造を認めないことから、スキャフォールド表面は一様にGOで被覆されていると考えられた。また、0.01GOでは一部にGOによる皺様の構造が認められた。0.0001GOのSEM写真は図示しないが、0.001GO,0.01GOと同様にスキャフォールド表面は一様にGOで被覆されていた。
[結論]
スキャフォールドをGO溶液に浸漬処理することで、スキャフォールド表面がGOによってコーティングされた。
Production Example 1
SEM observation [materials and methods]
GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark), Mitsubishi Gas Chemical) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare 0.0001, 0.001, and 0.01 wt% GO solutions. Col (Terdermis (registered trademark), Olympus Terumo Biomaterial) molded to 6 x 6 x 3 mm (3.7 mg) is immersed in 0.1 mL of GO solution of each concentration, washed with ethanol, dehydrated, dried in air, 0.0001GO, 0.001GO, and 0.01GO scaffolds were used, respectively (FIGS. 1a and 0.0001GO not shown). The GO contents (mass%, the same applies hereinafter in the examples) of the 0.0001GO, 0.001GO, and 0.01GO scaffolds were 1.1%, 1.83%, and 2.22%, respectively, as a result of measurement. The surface structure of each scaffold of 0.001GO and 0.01GO was observed by SEM under conditions of platinum palladium deposition and acceleration voltage 10kV. As a control, the surface structure of col was also observed (FIGS. 1b to 1d).
[result]
In Col, a striated structure consistent with the collagen crosslinking cycle was observed in the collagen fibers. On the other hand, since 0.001GO and 0.01GO did not show a striated structure on the scaffold surface, it was considered that the scaffold surface was uniformly coated with GO. In addition, the GO-like structure was partially observed at 0.01GO. Although the SEM photograph of 0.0001GO is not shown, the scaffold surface was uniformly coated with GO as in the case of 0.001GO and 0.01GO.
[Conclusion]
The scaffold surface was coated with GO by immersing the scaffold in GO solution.

実施例1
圧縮強度試験
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録),三菱瓦斯化学)を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.0003,0.001,0.003,0.01wt%のGO溶液を作製した。6×6×3 mmに成形したcol(テルダーミス(商標登録)、オリンパステルモバイオマテリアル)を各濃度のGO溶液0.1mLに浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、それぞれ0.0003GO,0.001GO,0.003GO,0.01GOスキャフォールドとした。0.0003GO,0.001GO,0.003GO,0.01GOスキャフォールドのGO含有量(質量%)は、計測の結果、それぞれ1.42%、1.83%、2.06%、2.22%である。各スキャフォールドの25%、50%変位量における圧縮強度を万能試験機を用いてクロスヘッドスピード0.5 mm/minで測定した。またコントロールとしてcolの圧縮強度を同様に測定した。
Example 1
Compressive strength test [materials and methods]
GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark), Mitsubishi Gas Chemical) was diluted with 1-methyl-2-pyrrolidone to prepare 0.0003, 0.001, 0.003, and 0.01 wt% GO solutions. Col (Terdermis (registered trademark), Olympus Terumo Biomaterial) molded to 6 x 6 x 3 mm is immersed in 0.1 mL of GO solution at various concentrations to coat the surface with GO, washed with ethanol, dehydrated, and dried in air 0.0003GO, 0.001GO, 0.003GO, and 0.01GO scaffolds, respectively. The GO contents (% by mass) of the 0.0003GO, 0.001GO, 0.003GO, and 0.01GO scaffolds are 1.42%, 1.83%, 2.06%, and 2.22%, respectively, as a result of measurement. The compressive strength of each scaffold at 25% and 50% displacement was measured at a crosshead speed of 0.5 mm / min using a universal testing machine. As a control, the compressive strength of col was measured in the same manner.

[結果]
圧縮強度は25%、50%変位ともにGOコーティングによってGOの濃度依存性に向上した。50%変位量における測定では低濃度の0.0003GOスキャフォールドにおいても有意に高い値だった。最も大きいのは0.01GOスキャフォールドで、コントロールに比較して、50%変位量で1.7倍、25%変位量で1.8倍であった。(図2)
[result]
The compressive strength was improved to the concentration dependence of GO by GO coating for both 25% and 50% displacement. The measurement at 50% displacement was significantly higher even in the low concentration 0.0003GO scaffold. The largest was the 0.01GO scaffold, which was 1.7 times at 50% displacement and 1.8 times at 25% displacement compared to the control. (Figure 2)

[結論]
コラーゲンスキャフォールドのGOコーティングによって、濃度依存性に圧縮強度が上昇した。非特許文献2では、0.01wt%以上の濃度のGOコーティング液を用いたGOスキャフォールドにおいて50%変位量における圧縮強度がコントロールに比較して有意に増加することを報告したが、本発明では、特に、GO含有量(質量%)が1.42〜2.22質量%のGOスキャフォールドにおいてもcolに比較して圧縮強度が有意に増加することを見出した。
[Conclusion]
Collagen scaffold GO coating increased the compressive strength in a concentration-dependent manner. Non-Patent Document 2 reports that the compressive strength at 50% displacement is significantly increased compared to the control in the GO scaffold using the GO coating solution having a concentration of 0.01 wt% or more. In particular, it was found that the compressive strength was significantly increased compared with col even in the GO scaffold having a GO content (mass%) of 1.42 to 2.22 mass%.

実施例2
分解性試験
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録))を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.001,0.01,0.1wt%GO溶液を作製した。6×6×3 mmに成形したcol(テルダーミス(商標登録))を各濃度のGO溶液0.1mLに浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、それぞれ0.001GO,0.01GO,0.1GOスキャフォールドとした。スキャフォールドのGO含有量(質量%)は、それぞれ1.83%、2.22%、4.67%である。各試料の重量を計測後0.1mg/mlのコラゲナーゼに37℃で3時間浸漬した。その後、試料を乾燥させ重量から分解量を算出した。またコントロールとしてcolの分解量を同様に測定した。
Example 2
Degradability test [materials and methods]
A GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark)) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare 0.001, 0.01, 0.1 wt% GO solutions. Col (Terdermis (registered trademark)) molded to 6 x 6 x 3 mm is immersed in 0.1 mL of GO solution of each concentration, coated on the surface, washed with ethanol, dehydrated, dried in air, 0.001 GO each , 0.01GO and 0.1GO scaffolds. The GO content (mass%) of the scaffold is 1.83%, 2.22%, and 4.67%, respectively. After measuring the weight of each sample, it was immersed in 0.1 mg / ml collagenase at 37 ° C. for 3 hours. Thereafter, the sample was dried, and the amount of decomposition was calculated from the weight. As a control, the amount of col degradation was measured in the same manner.

[結果]
0.001GO,0.01GO,0.1GOともにコラゲナーゼ分解性はcolに比較して有意に低い値であった。0.1GOは最も低く、0.001GO,0.01GOに対しても有意に低い値であった(図3)。これはGOスキャフォールドが生体内で酵素によって分解されにくいことを示しており、実施例1の圧縮強度の結果と共に生体内での再生の場の確保に有効であることが示唆された。
[result]
Collagenase degradability was significantly lower than col for 0.001GO, 0.01GO and 0.1GO. 0.1GO was the lowest and significantly lower than 0.001GO and 0.01GO (Fig. 3). This indicates that the GO scaffold is difficult to be decomposed by an enzyme in the living body, and it is suggested that it is effective for securing a regenerating field in the living body together with the result of the compressive strength of Example 1.

[結論]
GO含有量(質量%)が1.83〜2.22質量%のGOスキャフォールドにおいてコラゲナーゼ溶解量が有意に減少した。
[Conclusion]
Collagenase dissolution was significantly reduced in GO scaffolds with GO content (mass%) of 1.83 to 2.22 mass%.

実施例3
細胞増殖試験1
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録))を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.01,0.025,0.05,0.1wt%GO溶液を作製した。6×6×3 mmに成形したcol(テルダーミス(商標登録))を各濃度のGO溶液0.1mLに浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、それぞれ0.01GO,0.025GO,0.05GO,0.1GOスキャフォールドとした。スキャフォールドのGO含有量(質量%)は、計測の結果、それぞれ2.22%、1.42%、2.95%、4.67%であった。各試料に骨芽細胞様細胞MC3T3-E1を50000個ずつ播種し、37℃、5%CO2の条件で培養した。1,3,5,7日目にcell counting kit-8 (CCK-8)を用いて細胞増殖量を測定した。またコントロールとしてcolの細胞増殖量を同様に測定した。
Example 3
Cell proliferation test 1
[Materials and methods]
A GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark)) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare 0.01, 0.025, 0.05, 0.1 wt% GO solutions. Col (Terdermis (registered trademark)) molded to 6 x 6 x 3 mm is immersed in 0.1 mL of GO solution of each concentration, coated on the surface, washed with ethanol, dehydrated, dried in air, 0.01 GO each 0.025GO, 0.05GO and 0.1GO scaffolds. As a result of measurement, the GO content (mass%) of the scaffold was 2.22%, 1.42%, 2.95%, and 4.67%, respectively. Each sample was seeded with 50000 osteoblast-like cells MC3T3-E1 and cultured under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 . On the first, third, fifth and seventh days, cell proliferation was measured using cell counting kit-8 (CCK-8). As a control, the cell proliferation amount of col was measured in the same manner.

[結果]
0.01GOの細胞増殖量が最も大きく、GOコーティングの濃度が高いほど細胞増殖を抑制した。0.1GOは、1日目、5日目でcolと比較し有意に細胞増殖が抑制されており、0.01GOと比較してすべての期間で有意に抑制されていた。0.025GO,0.05GOも0.01GOに比較して細胞増殖を抑制する傾向があったが3,5,7日目において有意差は認めなかった(図4a)。
[result]
The cell growth amount of 0.01GO was the largest, and the higher the GO coating concentration, the more the cell growth was suppressed. 0.1GO significantly suppressed cell proliferation on day 1 and day 5 compared to col, and was significantly suppressed in all periods compared to 0.01GO. 0.025GO and 0.05GO also tended to suppress cell growth compared to 0.01GO, but no significant difference was observed on days 3, 5, and 7 (Fig. 4a).

[結論]
非特許文献2においては、0.01GOでの細胞(皮下結合組織の細胞)増殖は、col群と同等かそれ以下であった。しかし、骨芽細胞様細胞における結果では、予想外にも0.01GO(GO含有量が2.22質量%)ではcol群と同等かそれ以上の細胞増殖が認められた。
[Conclusion]
In Non-Patent Document 2, the proliferation of cells (subcutaneous connective tissue cells) at 0.01 GO was equal to or less than that of the col group. However, in the results of osteoblast-like cells, unexpectedly, cell growth of 0.01 GO (GO content 2.22% by mass) was equal to or higher than that of the col group.

細胞増殖試験2
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録))を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.0003, 0.001, 0.003, 0.01wt%のGO溶液を作製した。6×6×3 mmに成形したcol(テルダーミス(商標登録))を各濃度のGO溶液0.1mLに浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、それぞれ0.0003GO,0.001GO,0.003GO,0.01GOスキャフォールドとした。スキャフォールドのGO含有量は、計測の結果、それぞれ1.42%、1.83%、2.06%、2.22%であった。各試料に骨芽細胞様細胞MC3T3-E1を50000個ずつ播種し、37℃、5%CO2の条件で培養した。1,3,7日目にCCK-8を用いて細胞増殖量を測定した。またコントロールとしてcolの細胞増殖量を同様に測定した。
Cell proliferation test 2
[Materials and methods]
GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark)) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare 0.0003, 0.001, 0.003, 0.01 wt% GO solutions. Col (Terdermis (registered trademark)) molded to 6 x 6 x 3 mm is immersed in 0.1 mL of GO solution at various concentrations to coat the surface, washed with ethanol, dehydrated, dried in air, and 0.0003 GO each. , 0.001GO, 0.003GO, 0.01GO scaffolds. As a result of measurement, the GO content of the scaffold was 1.42%, 1.83%, 2.06%, and 2.22%, respectively. Each sample was seeded with 50000 osteoblast-like cells MC3T3-E1 and cultured under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 . On the first, third, and seventh days, the amount of cell proliferation was measured using CCK-8. As a control, the cell proliferation amount of col was measured in the same manner.

[結果]
各試料とも経時的な細胞増殖を認めたが、GOコーティングによって3日目、7日目で細胞増殖量が増加し、7日目ではGO含有量(質量%)が1.42〜2.22質量%のGOコーティングスキャフォールにおいてコントロールに比較して有意に高い値を示し、それぞれの群間では有意差はなかった(図4b)。
[result]
Each sample showed cell growth over time, but the GO coating increased cell proliferation on the 3rd and 7th days, and on the 7th day, GO content (% by mass) was 1.42 to 2.22% by mass GO. The coating scaffold was significantly higher than the control, and there was no significant difference between each group (Fig. 4b).

[結論]
骨芽細胞様細胞では、GO含有量(質量%)が1.42〜2.22質量%のGOコーティングスキャフォールドすべてにおいて、col群より有意に細胞増殖が促進されることを見出した。
[Conclusion]
In the osteoblast-like cells, it was found that cell proliferation was significantly promoted compared with the col group in all GO-coated scaffolds having a GO content (mass%) of 1.42 to 2.22 mass%.

実施例4
細胞増殖試験3(アテロコラーゲンスポンジマイティ)
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録))を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.001,0.01wt%GO溶液を作製した。コラーゲンスポンジ(φ5×3mm,アテロコラーゲンスポンジマイティ、高研、以下cs)を各濃度のGO溶液0.05mLに浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、それぞれ0.001GO,0.01GOスポンジとした(図5a)。スキャフォールドのGO含有量(質量%)は、計測の結果、それぞれ1.05%、1.25%であった。各試料に骨芽細胞様細胞MC3T3-E1を10000個ずつ播種し、37℃、5%CO2の条件で培養した。1,3,7日目にCCK-8を用いて細胞増殖量を測定した。またコントロールとしてcsの細胞増殖量を同様に測定した。
Example 4
Cell proliferation test 3 (Atelocollagen sponge mighty)
[Materials and methods]
A GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark)) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare a 0.001, 0.01 wt% GO solution. Collagen sponge (φ5 × 3mm, Atelocollagen sponge mighty, Koken, cs) is immersed in 0.05mL of GO solution of each concentration, coated on the surface, washed with ethanol, dehydrated, dried in air, 0.001GO each 0.01GO sponge (Fig. 5a). As a result of measurement, the GO content (mass%) of the scaffold was 1.05% and 1.25%, respectively. Each sample was seeded with 10,000 osteoblast-like cells MC3T3-E1 and cultured under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 . On the first, third, and seventh days, the amount of cell proliferation was measured using CCK-8. As a control, the amount of cs cell proliferation was measured in the same manner.

[結果]
GOコーティングによって細胞増殖量はcsに比較して増加傾向にあった。3日目において、0.01GOとcs間において有意差を認めた。7日目において、0.01GOで細胞増殖が最も増加した(図5b)。
[result]
The amount of cell proliferation by GO coating tended to increase compared to cs. On the third day, a significant difference was observed between 0.01GO and cs. On day 7, cell proliferation was most increased at 0.01 GO (FIG. 5b).

[結論]
アテロコラーゲンスポンジマイティにおいてもGO含有量(質量%)が1.05%〜1.25%のGOコーティングにより、cs群に比較し骨芽細胞様細胞の増殖は増加傾向であることが判明した。
[Conclusion]
It was also found that the proliferation of osteoblast-like cells in the atelocollagen sponge mighty increased with GO coating with a GO content (mass%) of 1.05% to 1.25% compared to the cs group.

実施例5
ラット頭蓋骨モデルにおける骨増生
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録))を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.001,0.01wt%のGO溶液を作製した。6×6×3 mmに成形したcol(テルダーミス(商標登録))を各濃度のGO溶液に浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、それぞれ0.001GO,0.01GOスキャフォールドとした。スキャフォールドのGO含有量(質量%)は、計測の結果、それぞれ1.83%、2.22%であった。
Example 5
Bone augmentation in rat skull model [Materials and Methods]
GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark)) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare 0.001 and 0.01 wt% GO solutions. A col (Terdermis (registered trademark)) molded to 6 x 6 x 3 mm is immersed in a GO solution of each concentration, coated on the surface, washed with ethanol, dehydrated, dried in air, 0.001GO, 0.01 GO scaffold. As a result of measurement, the GO content (mass%) of the scaffold was 1.83% and 2.22%, respectively.

ウィスターラット(10週齢)に全身および局所麻酔を行い、頭蓋骨を露出させ、注水下でラウンドバーにて4×4 mmの範囲の皮質骨を除去(decortication)した。続いてGOスキャフォールドあるいはcolを除去部に設置、皮膚を復位して縫合した。また何も移植しないコントロール(ctrl)を設定した。術後10日目および35日目にラットを安楽死させ、移植部位を周囲組織とともに摘出、ホルマリン固定、EDTA脱灰後、通法に従って組織標本を作製した。光学顕微鏡にて組織学的観察を行い、画像をパーソナルコンピュータに取り込み、NIHイメージソフトウェアにて35日目の新生骨面積を算出した。   Wistar rats (10 weeks old) were subjected to general and local anesthesia to expose the skull, and corticoids in the range of 4 x 4 mm were removed with a round bar under water injection (decortication). Subsequently, the GO scaffold or col was placed in the removal site, the skin was repositioned and sutured. In addition, a control (ctrl) that does not transplant anything was set. The rats were euthanized on the 10th and 35th day after the operation, and the transplanted site was excised together with surrounding tissues, fixed with formalin, decalcified with EDTA, and a tissue specimen was prepared according to the usual method. Histological observation was performed with an optical microscope, images were taken into a personal computer, and the area of new bone on day 35 was calculated with NIH image software.

[結果]
10日目において、0.01GOスキャフォールド(GO含有量2.22質量%)ではスポンジの網目構造が認められ三次元空間が維持されていたが(図6a)、colでは圧縮されスキャフォールドが潰れているのが観察された(図6b)。GOスキャフォールドは生体内で三次元形態を保持しやすいと考えられた。
[result]
On the 10th day, the 0.01GO scaffold (GO content 2.22% by mass) maintained a three-dimensional space with a sponge network structure (Fig. 6a), but the col was compressed and the scaffold collapsed. Was observed (Figure 6b). It was considered that the GO scaffold can easily maintain the three-dimensional form in vivo.

35日目において、0.01GOスキャフォールド移植によって骨の増生が観察された(図7a)。新生骨は内部に骨髄様組織を持ち、骨周辺や骨髄内にはGOと思われる黒い凝集塊を含むマクロファージ様細胞(矢印)をしばしば観察した(図7b)。0.001GO(GO含有量1.83質量%)においても骨増生を観察したが、増生量は0.01GOよりも少なかった(図7c)。colを移植した群では、骨増生はわずかであった(図8a)。コントロールでは骨新生はほとんど認めなかった(図8b)。新生骨面積計測の結果を図9cに示す。新生骨面積は0.01GOスキャフォールドで最大値を示し、コントロールに比較して2.7倍、colに比較して2.2倍であり、統計学的に有意差を認めた。0.001GOスキャフォールドも骨増生は促進され、コントロールに比較して有意に大きい値だった。colでは新生骨面積は少なく、コントロールとほぼ同等であった(図8c)。   On day 35, bone augmentation was observed by 0.01GO scaffold transplantation (FIG. 7a). The new bone had bone marrow-like tissue inside, and macrophage-like cells (arrows) containing black aggregates that seemed to be GO were often observed around the bone and in the bone marrow (Fig. 7b). Bone augmentation was also observed at 0.001GO (GO content 1.83 mass%), but the augmentation was less than 0.01GO (Fig. 7c). In the col transplanted group, bone augmentation was negligible (Figure 8a). In the control, almost no bone formation was observed (FIG. 8b). The result of new bone area measurement is shown in FIG. 9c. The area of new bone showed the maximum value with a 0.01GO scaffold, 2.7 times that of the control and 2.2 times that of col, showing a statistically significant difference. The 0.001GO scaffold also promoted bone augmentation and was significantly greater than the control. In col, the area of new bone was small and almost equal to that of the control (FIG. 8c).

[結論]
GO含有量(質量%)1.83%〜2.22%の GOスキャフォールドを頭蓋骨上へ移植すると、骨増生が促進された。特に、0.01GOスキャフォールド(GO含有量2.22質量%)においては、骨増生の促進効果が非常に顕著であった。
[Conclusion]
Transplanting GO scaffolds with a GO content (mass%) of 1.83% to 2.22% onto the skull promoted bone augmentation. In particular, in the 0.01GO scaffold (GO content 2.22% by mass), the effect of promoting bone growth was very remarkable.

実施例6
ラット頭蓋骨モデルにおける免疫組織学的評価
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録))を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.01wt%のGO溶液を作製した。6×6×3 mmに成形したcol(テルダーミス(商標登録))をGO溶液に浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、0.01GOスキャフォールドとした。計測の結果、スキャフォールドのGO含有量(質量%)は2.22%であった。
Example 6
Immunohistochemical evaluation in rat skull model [Materials and Methods]
A GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark)) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare a 0.01 wt% GO solution. A col (Terdermis (registered trademark)) molded into 6 × 6 × 3 mm was dipped in a GO solution, coated with GO on the surface, washed and dehydrated with ethanol, and dried in air to obtain a 0.01GO scaffold. As a result of measurement, the GO content (mass%) of the scaffold was 2.22%.

ウィスターラット(10週齢)に全身および局所麻酔を行い、頭蓋骨を露出させ、注水下でラウンドバーにて4×4 mmの範囲の皮質骨を除去(decortication)した。続いて0.01GOスキャフォールドあるいはcolを移植した。14日目に試料を摘出して連続凍結切片を作成した。切片は好中球の出現を確認するためにペルオキシターゼ染色を行い炎症の有無を確認した。また、内部にイングロースした細胞を同定するために免疫組織学的観察を行った。抗体には、マクロファージ・単球系細胞のマーカーとして抗ED1抗体と抗Galectin-3抗体、血管平滑筋細胞のマーカーとして抗Smooth muscle actin抗体、血管内皮細胞のマーカーとして抗RECA-1抗体、線維芽細胞のマーカーとして抗Prolyl-4-Hydroxylase beta抗体を選択した。   Wistar rats (10 weeks old) were subjected to general and local anesthesia to expose the skull, and corticoids in the range of 4 x 4 mm were removed with a round bar under water injection (decortication). Subsequently, 0.01GO scaffold or col was transplanted. On day 14, samples were removed and serial frozen sections were prepared. The sections were stained with peroxidase to confirm the appearance of neutrophils, and the presence or absence of inflammation was confirmed. In addition, immunohistological observations were performed in order to identify cells that had ingress in the interior. The antibodies include anti-ED1 and anti-Galectin-3 antibodies as markers for macrophages and monocytes, anti-Smooth muscle actin antibodies as markers for vascular smooth muscle cells, anti-RECA-1 antibodies as fibroblasts, fibroblasts Anti-Prolyl-4-Hydroxylase beta antibody was selected as a cell marker.

[結果]
ペルオキシターゼ染色の結果、0.01GOおよびcolともに好中球の出現は認めず、生体親和性が良好であることが示された(図9a,b)。0.01GOではスキャフォールド内部にGOの凝集塊が数多く認められた。また、免疫染色の結果、GOスキャフォールドでは内部にED1-Galectin陽性のマクロファージを数多く同定した(図10a)。したがって0.01GOの内部にマクロファージが侵入して、GOを貪食することでGOの凝集が起こったと推測された。また、Smooth muscle actin陽性の平滑筋細胞(図10b)、RECA-1陽性の血管内皮細胞(図11a)がGOスキャフォールドで多く認められ、血管様の管腔構造を形づくっており、0.01GO内部で血管網の構築が促進されたことが明らかになった。また、GOスキャフォールドではProlyl-4-Hydroxylase beta陽性の線維芽細胞のイングロースを多く認め(図11b)、自己組織化が進行している可能性が示された。一方でColでは各細胞の内部へのイングロースは少なかった(図10a,b,図11a,b)。
[result]
As a result of peroxidase staining, neutrophils did not appear in both 0.01GO and col, indicating that biocompatibility was good (FIGS. 9a and b). In 0.01GO, many aggregates of GO were observed inside the scaffold. Moreover, as a result of immunostaining, many ED1-Galectin positive macrophages were identified in the GO scaffold (FIG. 10a). Therefore, it was speculated that the aggregation of GO occurred when macrophages entered 0.01GO and phagocytosed GO. Smooth muscle actin-positive smooth muscle cells (Fig. 10b) and RECA-1-positive vascular endothelial cells (Fig. 11a) are often observed in the GO scaffold, forming a blood vessel-like lumen structure. It was revealed that the construction of the vascular network was promoted. In the GO scaffold, a large amount of Prolyl-4-Hydroxylase beta-positive fibroblast ingrose was observed (FIG. 11b), indicating that self-organization may have progressed. On the other hand, in Col, there was little ingress into each cell (FIGS. 10a and b, and FIGS. 11a and b).

[結論]
0.01GOスキャフォールド(GO含有量2.22質量%)は、頭蓋皮質骨の再生においても、生体親和性が良好で、内部への細胞や血管のイングロースを促進した。
[Conclusion]
The 0.01GO scaffold (GO content 2.22% by mass) also had good biocompatibility in the regeneration of cranial cortical bone, and promoted cell and blood vessel ingrowth inside.

実施例7
イヌ抜歯窩での骨再生効果
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録))を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.01wt%のGO溶液を作製した。6×6×3 mmに成形したcol(テルダーミス(商標登録))をGO溶液に浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、0.01GOスキャフォールドとした。計測の結果、スキャフォールドのGO含有量(質量%)は2.22%であった。ビーグル犬(メス、12〜16か月齢)に全身および局所麻酔を行い、上顎第三前臼歯を抜歯後、ただちに抜歯窩にGOスキャフォールドあるいはcolの埋植を行い縫合した。7日後に抜糸、14日後に実験部位を摘出後、組織標本を作製して組織学的観察を行った。またソフトウェア(NIHイメージ)にて新生骨面積を計測した。
Example 7
Bone regeneration effect in canine tooth extraction socket [Materials and Methods]
A GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark)) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare a 0.01 wt% GO solution. A col (Terdermis (registered trademark)) molded into 6 × 6 × 3 mm was dipped in a GO solution, coated with GO on the surface, washed and dehydrated with ethanol, and dried in air to obtain a 0.01GO scaffold. As a result of measurement, the GO content (mass%) of the scaffold was 2.22%. A beagle dog (female, 12-16 months old) was subjected to general and local anesthesia, and after extracting the maxillary third anterior molar, a GO scaffold or col was immediately implanted in the extraction socket and sutured. After 7 days, the thread was removed, and after 14 days, the experimental site was removed, and a tissue specimen was prepared for histological observation. In addition, the area of new bone was measured with software (NIH image).

[結果]
GOスキャフォールドを埋入すると14日目において抜歯窩内は新生骨の形成を多く認め(図12a)、骨梁には骨芽細胞や破骨細胞が配列して、正常な骨組織に類似していた(図12b,c)。抜歯窩の中心部は結合組織が形成されていた(図12d)。Col群では骨形成を認めたがその量は少なく、抜歯窩内の大部分は結合組織で満たされていた(図13a)。2週の組織学的計測の結果、新生骨形成率はcol群の3.1%に対し、0.01GOスキャフォールドは37.2%でcol群の約12倍であった(図13b)。
[result]
When the GO scaffold was implanted, on the 14th day, many new bones were formed in the extraction socket (Fig. 12a), and osteoblasts and osteoclasts were arranged in the trabeculae, resembling normal bone tissue. (Fig. 12b, c). Connective tissue was formed in the central part of the extraction socket (Fig. 12d). Bone formation was observed in the Col group, but the amount was small, and most of the extraction fossa was filled with connective tissue (Fig. 13a). As a result of histological measurement at 2 weeks, the rate of new bone formation was 3.1% in the col group, while the 0.01GO scaffold was 37.2%, approximately 12 times that in the col group (FIG. 13b).

[結論]
0.01GOスキャフォールド(GO含有量2.22質量%)は、抜歯窩内での新生骨形成においても、良好な生体親和性を示し、非常に顕著な抜歯窩骨新生を促進した。
[Conclusion]
The 0.01GO scaffold (GO content 2.22% by mass) also showed good biocompatibility in the formation of new bone in the extraction socket and promoted very remarkable extraction socket bone formation.

実施例8
ラット皮膚欠損モデルおける皮膚再生
[材料および方法]
GO分散液(1wt%,nano GRAX(商標登録))を1-メチル2-ピロリドンで希釈して、0.01wt%のGO溶液を作製した。10×10×3 mmに成形したcol(テルダーミス(商標登録))をGO溶液に浸漬して表面にGOコーティングし、エタノールで洗浄脱水後、空気中で乾燥させ、0.01GOスキャフォールドとした。計測の結果、スキャフォールドのGO含有量(質量%)は2.22%であった。
Example 8
Skin regeneration in rat skin defect model [Materials and Methods]
A GO dispersion (1 wt%, nano GRAX (registered trademark)) was diluted with 1-methyl 2-pyrrolidone to prepare a 0.01 wt% GO solution. A col (Terdermis (registered trademark)) molded to 10 × 10 × 3 mm was immersed in a GO solution, coated with GO on the surface, washed with ethanol and dehydrated, and then dried in air to obtain a 0.01GO scaffold. As a result of measurement, the GO content (mass%) of the scaffold was 2.22%.

ウィスターラット(10週齢)に全身および局所麻酔を行い、背部皮膚を剃毛後にメスにて10×10 mmの皮膚欠損を作製した。欠損部にGOコーティングスキャフォールドを貼付する方法で移植し、脱落しないように縫合糸にて圧接した。またcol群、および何も移植しないコントロール群(ctrl)を設定した。術後10日目にラットを安楽死させ、移植部位を周囲組織とともに摘出、ホルマリン固定後、通法に従って組織標本を作製した。光学顕微鏡にて組織学的観察を行い、画像をパーソナルコンピュータに取り込み、NIHイメージソフトウェアにて各標本の欠損の長さと欠損部へ伸長した上皮の長さを計測後、上皮再生率(新生上皮長さ/欠損部長さ)を算出した。   Wistar rats (10 weeks old) were subjected to general and local anesthesia, and after shaving the back skin, a 10 × 10 mm skin defect was created with a scalpel. The defect was transplanted by attaching a GO coating scaffold to the defect, and pressed with a suture so as not to fall off. A col group and a control group (ctrl) in which nothing was transplanted were set. On the 10th day after the operation, the rats were euthanized, the transplanted site was removed together with surrounding tissues, fixed in formalin, and a tissue specimen was prepared according to the usual method. Histological observation with an optical microscope, images were taken into a personal computer, and the defect length of each specimen and the length of the epithelium extended to the defect were measured with NIH image software. (Defect / length of defect part) was calculated.

[結果]
0.01GOを移植すると、欠損部の痂皮直下に上皮が進入増殖し、欠損部の大部分が上皮の伸長によって被覆され、欠損部の縮小は著しかった(図14a)。残存するGOスキャフォールド内部には多くの細胞のイングロースを認めた(図14b)。またマクロファージ様細胞を認め、貪食されたGOと思われる黒い凝集塊をしばしば観察した(図14b)。特徴的所見として、新生上皮直下にGOスキャフォールドの多孔質構造が認められることから、自己組織化が進んだGOスキャフォールドを直接的に上皮が被覆していると思われ、高い生体親和性があると推測された(図14c,d)。
[result]
When 0.01GO was transplanted, the epithelium entered and proliferated directly under the scab of the defect, and most of the defect was covered by epithelial elongation, and the reduction of the defect was remarkable (FIG. 14a). Many cells of ingulose were observed inside the remaining GO scaffold (FIG. 14b). In addition, macrophage-like cells were observed, and black aggregates thought to be phagocytosed GO were often observed (FIG. 14b). As a characteristic finding, since the porous structure of the GO scaffold is observed directly under the new epithelium, it seems that the epithelium directly coats the GO scaffold that has advanced self-organization, and has high biocompatibility. It was assumed that there was (Fig. 14c, d).

col群では、0.01GOに比較して上皮の伸長が少なかった(図15a)。残存するcolの内部には細胞のイングロースを認めた(図15b)。Colは新生結合組織で被包されており、上皮はその結合組織を被覆するように伸長していた(図15c,d)。
コントロール(図16a)では痂皮直下の結合組織にはリンパ球等の炎症性細胞浸潤を認めた(図16b)。上皮の伸長(矢印)は欠損両端に若干認める程度で少なかった(図16c,d)。上皮再生率を計測した結果、ctrl群8.4%、col群26.3%、0.01GO群47.8%で、0.01GOの上皮再生率はctrl群の約5倍、col群の約2倍で最も高い値であり、ctrl群、col群に比較して統計学的有意差を認めた(図17)。
In the col group, there was less epithelial elongation compared to 0.01GO (FIG. 15a). Cellular ingulose was observed inside the remaining col (FIG. 15b). Col was encapsulated with neoplastic connective tissue, and the epithelium extended to cover the connective tissue (FIGS. 15c and d).
In the control (FIG. 16a), inflammatory cell infiltration such as lymphocytes was observed in the connective tissue directly under the scab (FIG. 16b). The epithelial elongation (arrow) was small enough to be observed at both ends of the defect (FIGS. 16c and d). As a result of measuring the epithelial regeneration rate, the ctrl group was 8.4%, the col group was 26.3%, the 0.01GO group was 47.8%, and the 0.01GO epithelial regeneration rate was about 5 times that of the ctrl group and about 2 times that of the col group. There was a statistically significant difference compared to the ctrl and col groups (FIG. 17).

[結論]
0.01GOスキャフォールド (GO含有量2.22質量%)を皮膚欠損部に応用すると、上皮再生が促進された。
[Conclusion]
When 0.01GO scaffold (GO content 2.22% by mass) was applied to the skin defect, epithelial regeneration was promoted.

本発明は、骨再生療法及び皮膚再生療法の分野において有用である。   The present invention is useful in the fields of bone regeneration therapy and skin regeneration therapy.

Claims (13)

多孔質スキャフォールドからなる基材、及び前記基材の表面の少なくとも一部へのコーティングである酸化グラフェンを含み、前記酸化グラフェンのコーティング量は、前記基材の質量基準で0.1〜2.5質量%の範囲である、骨再生用又は皮膚再生用スキャフォールド。 A base material composed of a porous scaffold, and graphene oxide which is a coating on at least a part of the surface of the base material, and the coating amount of the graphene oxide is 0.1-2. Scaffold for bone regeneration or skin regeneration in the range of 5% by mass. 前記多孔質スキャフォールドが、コラーゲン、ゼラチン、フィブリン、キトサン、ヒアルロン酸、ポリ乳酸、ハイドロキシアパタイト、三リン酸カルシウムから成る群から選ばれる少なくとも1種の材料製である請求項1に記載のスキャフォールド。 The scaffold according to claim 1, wherein the porous scaffold is made of at least one material selected from the group consisting of collagen, gelatin, fibrin, chitosan, hyaluronic acid, polylactic acid, hydroxyapatite, and calcium triphosphate. 前記多孔質スキャフォールドが、50〜99%の範囲の気孔率を有し、連続した気孔構造を持つ、請求項1又は2に記載のスキャフォールド。 The scaffold according to claim 1 or 2, wherein the porous scaffold has a porosity in the range of 50 to 99% and has a continuous pore structure. 50%変位(測定条件:クロスヘッドスピード0.5mm/分)における圧縮強度が、前記多孔質スキャフォールド基材の1.2倍以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載のスキャフォールド。 The scan according to any one of claims 1 to 3, wherein the compressive strength at 50% displacement (measurement condition: crosshead speed 0.5 mm / min) is 1.2 times or more that of the porous scaffold base material. Fold. 酸化グラフェンのコーティング量が、基材の質量基準で1.0〜2.3質量%の範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載のスキャフォールド。 The scaffold according to any one of claims 1 to 4, wherein the coating amount of graphene oxide is in the range of 1.0 to 2.3 mass% based on the mass of the substrate. 前記酸化グラフェンのコーティングは、厚さが0.4〜10nmであり、かつ平面方向の大きさが20nm以上である薄膜状酸化グラフェン粒子からなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載のスキャフォールド。 6. The graphene oxide coating according to claim 1, comprising a thin film graphene oxide particle having a thickness of 0.4 to 10 nm and a planar size of 20 nm or more. Scaffold. 骨再生用である請求項1〜6のいずれかに記載のスキャフォールド。 The scaffold according to any one of claims 1 to 6, which is used for bone regeneration. 再生対象が骨及び軟骨である請求項7に記載のスキャフォールド。 The scaffold according to claim 7, wherein the regeneration object is bone and cartilage. 皮膚再生用である請求項1〜6のいずれかに記載のスキャフォールド。 The scaffold according to any one of claims 1 to 6, which is for skin regeneration. 再生対象が表皮および真皮である請求項9に記載のスキャフォールド。
The scaffold according to claim 9, wherein the regeneration object is epidermis and dermis.
請求項1〜6のいずれか1項に記載のスキャフォールドの製造方法であって、
酸化グラフェン粒子の分散液を、多孔質スキャフォールドからなる基材の内部に注入し、前記基材の表面の少なくとも一部に酸化グラフェンをコーティングすることを含む、前記製造方法。
It is a manufacturing method of the scaffold of any one of Claims 1-6,
The manufacturing method, comprising injecting a dispersion of graphene oxide particles into a substrate made of a porous scaffold, and coating at least a part of the surface of the substrate with graphene oxide.
前記分散液は、水及びN−メチル−2−ピロリドンの混合溶液に酸化グラフェン粒子を分散した物である請求項11に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 11, wherein the dispersion is a dispersion of graphene oxide particles in a mixed solution of water and N-methyl-2-pyrrolidone. 前記分散液における酸化グラフェン粒子の濃度は0.0001〜0.01質量%の範囲である、請求項11又は12に記載の製造方法。 The manufacturing method of Claim 11 or 12 whose density | concentration of the graphene oxide particle in the said dispersion liquid is the range of 0.0001-0.01 mass%.
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