ブリッジ
入れ歯
歯槽骨の再生医療
インプラント
朝比奈 泉 長崎大学大学院医歯薬学総合研究科顎口腔再生外科学分野 日付 島根大学医学部講義 140722
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Figure 1 Details of the false tooth. a, Anterolateral view of the skull. The iron-made dental
implant is where the right second upper
premolar would have been. b, Retro-alveolar Xray of the right maxilla. The implant was
dropped after being handled and it broke near its
apical third into two pieces that were then glued
together again. The line of breakage is visible
on this X-ray picture. The alveolar wall and the
pseudo-root fit perfectly together. Only an area
one to two millimetres high in contact with the
mesial alveolar wall shows an absence of
contact between the bone and the implant.
E Crubzey, P Murail, L Girard, JP
Bernadou. False teeth of the Roman
world. Nature 391:29 1998
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Dr. Brånemark
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骨組織のマネイジメント
オッセオインテグレーション型インプラント
補綴主導型のインプラント埋入 （補綴上必要な部位にインプラントを埋入）
⇩
インプラント埋入には骨組織が必要だが、骨組織の無い部位への
埋入の必要性が増加
⇩
骨造成（増生）が必要に （傾斜埋入やショートインプラントで対応もあり）
骨組織のマネージメント
移植骨の種類
自家骨 aoutogenous bone ゴールド･スタンダード
歯槽堤造成術
遊離骨移植
骨移植（ブロック、砕片）
骨組織再生誘導法 GBR, Open Barrier MembraneTechnique
仮骨延長法（Distraction Osteogenesis）
スプリット・クレスト
ブロック・細片、 皮質・海綿（PCBM) 血管柄付き骨移植
同種骨 allogenic bone
DFDBA（脱灰凍結乾燥骨）FDBA（凍結乾燥骨）
他家骨 xenogenic bone
BiOss, ボーンジェクト
上顎洞底挙上術
代用骨 alloplasitic bone
クレスタル･アプローチ（ソケット・リフト）
Ceramics HA（アパセラム-AX、ネオボーン）
βTCP（オスフェリオン、セラソルブ）
ラテラル･アプローチ（ラテラル・ウインドウ）
HA / bTCP（セラタト）
自家骨移植 Gold Standard
骨組織の採取
骨採取部位
口腔外：腸骨、脛骨、頭蓋骨
口腔内：オトガイ部、
下顎枝外側皮質骨
骨採取法（用具）
バー、ソー
スクレイパー
トレフィン
トラップ
ピエゾ・サージェリー
4=.$
骨形成能・骨伝導能
生体適合性・感染性
２次的外科侵襲
採取量の限界
#
(&1+245
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245
%)
978:-6245!
+3
,'
'
代表的人工代用骨
+0$
-骨伝導能を有した生体活性型人工材料
異物反応を起こさず、骨と直接強い結合を形成する
HA： <Ca10(PO4)6(OH)2>
HA
New Bone
代表的人工代用骨
人工代用骨
術後2週間 感染を確認
-骨伝導能を有した生体吸収型人工材料
埋入後、長期間を経て骨欠損部で分解・吸収される
Beta-TCP： <3CaO・P2O5>
感染に対する抵抗性が低い
<Alcian blue Staining>
<TRAP Staining>
不十分な骨形成能
再生医療への期待
組織の再生
分化･成長因子を応用した歯槽骨再生
３つの要素
基質（足場）
骨形成たんぱく質（BMP）
分化・成長因子
線維芽細胞成長因子（FGF）
血小板由来成長因子(PDGF)
細胞
組織工学（
（Tissue engineering
g）
Vaccanti JP, Langer R. Science 1991
BMP:Bone Morphogenetic Protein
骨形成たんぱく質
1965
Urist MR （Science)
脱灰骨基質の移植による異所性の骨誘導
1988 Wozney JM （Science)
BMP遺伝子のクローニング
７つのシステインの位置が保存
TGF-β superfamily 50種以上 20以上のBMP/GDF subgroup
BMPの機能
knockout/mutant
BMP-2 上皮間葉相互作用
BMP-4 腹側誘導
BMP-5 軟骨形成 GDF-5 骨･軟骨形成
BMP-7 神経誘導 腎臓 眼
GDF-8 myostatin
BMP-12 伳の形成
胎生期 致死
胎生期 致死
short ear
branchypodism
腎臓 眼 形成不全
筋肉 過形成
Belgian blue
BMPの機能
BMPによる骨誘導
DPP, 60A
ショウジョウバエの形態形成に重要なたんぱく質
BMPを䪵歯目動物の皮下に移植すると異所性の骨形成を誘導する
哺乳類の皮下に移植 ー 骨組織の誘導
本来の機能は異なっても、BMPは骨誘導能を有する
Sampath K et al. PNAS 1993
BMP (+)
(-)
(+)
(-)
fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP)
ALK2 (BMP-RI) mutation
BMP4 signal=constitutive active
Kaplan FS et al. Cytokine Growth Factor Rev.2009
DAY 7
Mr. Harry R Eastlack Jr.
BMPによる顎骨再生
DAY14
BMPによる顎骨再生
•
BMPの移植によって若い霊長類の顎骨の再生
も可能である
(Marukawa E, et al. IJOMS, 2002)
高齢な霊長類の顎骨再生にはBMPに
応答する細胞の存在が必要である
(Seto, et al. Plast Reconst Surg. 2006)
BMSC
BMPによる歯槽骨再生
小さな骨欠損なら再生可能
細胞＋BMP
BMP coated implantによる歯槽骨増生
術後12週
頬側骨欠損の形成
Cont.
rhBMP-2/PGSの移植
BMP
cont.
BMP 0.75mg
Wikesjo UME, et al. J Clin Periodontol 2008; 35, 1001-1010
Leknes KN, et al. Clin Oral Impl Res 2008; 19, 1027-33
BMP coated implantによる歯槽骨増生
BMPの臨床応用
rhBMP2: INFUSE Bone Graft (Medtronic)
Atelo-Collagen Spogeを担体
開放性脛骨骨折・脊椎固定 (L4~S1) に適応（2002）
上顎洞底挙上術・抜歯窩保全に適応（2007）
rhBMP7: OP-1 Implant/Putty (Olympus)
BMP 1.5mg
BMP 3.0mg
BMPによる上顎洞底挙上術
難治性骨折・脊椎固定２次手術に適応（2002）
BMP/ACSはsinus floor augmentationにbone graftと同等の有用性
rhBMP-2/ACS 0.75 mg/ml, 1.50 mg/ml
vs.
bone graft
Boyne PJ, et al. J Oral Maxillofac Surg. 2005; 63, 1693-1707
ウシ脱灰骨基質/カルボキシメチルセルロースを担体
BMPによる上顎洞底挙上術
BMPによる顎骨再生
bone graft
0.75 mg/ml
1.5 mg/ml
ridge height
11.3 mm
9.5 mm
10.2 mm
ridge width
4.7 mm
2.0 mm
2.0 mm
bone density
350 mg/ml
84 mg/ml
134 mg/ml
function 36m.
62%
76%
67%
BMPによる顎骨再生
Herford AS and Boyne PJ. J Oral Maxillofac Surg 2008 616-24
14症例の下顎骨欠損に対し、1.5 mg/ml（総量4∼8mg）のrhBMP-2・
ACS単独で移植
骨膜保持のためにプレートによるテンティングを行う
術後3∼4ヶ月で骨を触れるようになり、5∼6ヶ月後にX線不透過像が
出現、全ての症例で、下顎骨の連続性が回復した
BMP単独の移植で、原疾患、性別、年齢の差無く顎骨が再生した
BMPの問題点
高価である
INFUSE: $2000 for one sinus
BMPの問題点
加齢に応じBMPの作用が減弱
応答細胞の減少
大量投与で骨吸収
OP-1 Implant: $3500 for 3.5mg
著しい腫脹が生じる
SDF-1/CXCR4の作用によるもの？
頸椎固定(off label use)気道閉塞で死亡例
激しいリモデリング
上顎臼歯部ではbone-implant contactは減少
下顎の使用には注意！
BMP 3.0mg
FGF: Fibroblast Growth Factor
線維芽細胞成長因子
生体において様々な作用
22種類のファミリー
骨芽細胞への分化は抑制するが、骨原性細胞の増殖を促進
血管新生作用
bFGF：難治性骨折の治癒を促進
Kawaguchi H, et al. J Clin Endocrinol Metab. 2001
フィブラスト・スプレー
recombinant human basic FGF
難治性潰瘍治療薬として製品化
科研製薬が製造販売
歯周組織再生治療
第III相 臨床試験
Murakami S, et al. PLoS ONE, 2008
bFGF/acidic Gelatin
酸性ゼラチンとイオン結合
ゼラチンの分解に伴い放出
bFGF/acidic Gelatin/HA/TCP臨床研究
上顎洞底挙上術・歯槽堤増生術
Tabata Y, et al. Biomaterials, 1998
bFGF/acidic Gelatin/HA/TCP臨床研究
bFGFに起因すると思われる副反応はなかった
６ヶ月後には骨開削部まで皮質化
bFGF/acidic Gelatin/HA/TCP臨床研究
51歳、女性 エナメル上皮腫
bFGF/acidic Gelatin/HA/TCP臨床研究
組織学的に新生骨組織の形成を確認
bFGF/acidic Gelatin/HA/TCP臨床研究
術前準備
bFGF/acidic Gelatin/HA/TCP臨床研究
bFGF/acidic Gelatin/HA/TCP臨床研究
手術
１次手術
２次手術
bFGF/acidic Gelatin/HA/TCP臨床研究
PDGF: Platelet Derived Growth Factor
•
６症例に施行、有害事象は認められなかった
血小板由来成長因子
•
１症例に感染ー除去、他の５症例はすべて顎骨の連続性が得
られた
subtype: AA, AB, BB
PRPの生理活性の本体
骨芽細胞の増殖促進 •
２症例にインプラント補綴
PDGFによる歯槽骨再生
実験的に歯槽骨の形成促進
Simion M, et al.
Int J Periodontics Restorative Dent. 2009
rhPDGF-BB/βTCP GEM 21Sとして市販
PDGFによる歯槽骨再生
Lynch SE, et al. J Clin Periodontol. 1989
臨床的に歯周病組織を再生 McGuire MK, et al. Int J Periodontics Restorative Dent. 2006
骨髄由来間葉系細胞を用いた歯槽骨再生 臨床研究
幹細胞を用いた歯槽骨の再生
調節因子
基質/足場
骨髄由来間葉系幹細胞
PRP
βTCP
骨膜由来骨原性(幹)細胞
脂肪由来間葉系幹細胞
細胞
BMSC
歯槽骨の再生
Percentage of messenchymal stromal cells (BMSC) in the
aspirated human bone marrow (before primary culture)
細胞の採取と培養
CPC内で培養
骨分化誘導
刺 (10ml)
608 events
Mesenchymal stromal cells
CD73
腸骨から骨髄
CD34
Hematopoietic stem cells
CD45
CD45
absolute count of cell (in 50μl bone marrow)
Cell density in bone marrow = 6782
6.8 × 106 /ml
(cells/μl)
Hematopoietic stem cells(CD34+CD45dim) = 60 (cells/μl)
6.0 × 104 /ml
Mesenchymal stromal cells (CD73+)
4.3 × 103 /ml
= 4.3 (cells/μl)
Percentage of possible BMSC in aspirated bone marrow was 0.063%
培養骨の調製
骨芽細胞様細胞
外科処置
上顎洞底挙上術
PRP
自己トロンビン,
塩化カルシウム
歯槽骨造成
術前に混合
βTCP
GBR メンブレン
症例 #4: 53才. 女性, 23-27欠損
培養骨移植後２４週 フィクスチャーの埋入
培養骨移植
CT像
最終補綴
*
*
Dental
implant
術前
術後6ヶ月
術後1年
再生された骨量は、術後1年でもほぼ保たれている 、移植骨と母骨と
の境界は不鮮明になって来ている
歯槽堤増生
歯槽堤増生
Narrow ridge
培養骨をGoaTexで被覆しGBR
移植後６ヶ月：新生骨の形成を認める
CT像
まとめ
術前
術後6ヶ月
術後1年
培養骨は8例の患者に移植され、全ての症例でインプラントの埋入が可
能であった
骨生検による平均の新生骨領域は42％であった
培養骨移植に起因すると思われる副反応はなかった
各症例の細胞数、ALP活性には大きなバラツキが見られた
新生骨量と移植した細胞数、細胞のALP活性には関連性がなかった
細胞培養には長時間を要し、経費も大きかった
現時点ではcost/benefitを考えると有益な方法とは言い難い
現在、改良型培養骨の臨床研究を東大医科研で進行中です
新生骨の増生を認める
骨膜由来細胞の応用
骨膜由来骨原性細胞
骨膜移植で骨形成
Cambium layerにALP(＋)細胞＝骨芽細胞、骨原性細胞
高い増殖活性
比較的採取が容易
H&E staining
Periosteum derived cells
"
ALP staining
!
骨膜由来骨原性細胞
bFGF, BMP2による刺激で高率に骨芽細胞分化
Bone formation
50
犬を使った実験
in vivoで異所性の骨形成を誘導
Bone area percentage (%)
40
30
0
marrow stromal cells
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Okuda K, et al. J Int Acd Periodontol 2009
歯根膜シート：細胞シート工学
東京女子医大・岩田先生
臨床応用 w/PRP+HA
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periosteal cells
pretreatment + BMP
pretreatment
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$" " ""
BMP
(-)
!!%
Mizuno H, et al. Tissue Eng. 2006
20
10
pretreatment with bFGF
Bone Marrow derives cells
骨膜シートによる歯周組織再生
Amount of newly formed bone
Making Bone
implant insertion into tissue-engineered bone for maxillary sinus floor augmentation-a preliminary
report. R. Schmerzeisen, et al. J Craniomaxillofac Surg. 2003
骨膜由来培養細胞をPLLAスポンジに播種
Making Bone: Results
移植３ヶ月後に90％ (vs. 29%) の骨吸収を認めた
CTで石灰化を認めたのは14例中1例
Zizeimann C, et al. Clin Oral Impl Res, 2007
インプラント同時埋入のものは５年後でも安定した結果が得られた
脂肪組織由来間葉系幹細胞
脂肪由来幹細胞
脂肪組織中に間葉系幹細胞が存在
脂肪組織をコラゲナーゼ処理
培養皿に付着した細胞
Zuk, AP. et al. Tissue Eng. 2001
大量に存在
骨髄に比べ100~1000倍のMSC
脂肪由来幹細胞
Trantvetter W, et al. J Oral Maxillofac Surg, 2011
脂肪由来幹細胞による骨形成
細胞表面抗原
A
B
C
BMPの刺激で骨芽細胞分化
in vivoで異所性に骨形成
D
培養操作を経ない細胞療法
骨髄単核球細胞
Making bone II: maxillary sinus augmentation with
mononuclear cells—case report with a new clinical method
R. Schmerzeisen, et al. Br J Oral Maxillofac Surg. 2010
培養操作を経ない細胞療法
Bone Marrow Concentrate and Bovine Bone Mineral for Sinus Floor Augmentation: A Controlled, Randomized,
Single-Blinded Clinical and Histological Trial—Per-Protocol Analysis
S. Sauerbier, et al. Tissue Eng. 2011
骨髄由来単核球の即時調整
骨髄由来単核球移植
Zhong, et al. PLoS ONE, 2012
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骨髄由来単核球移植
PBC+TCP
皮下移植：BMCでわずかな骨形成
PBCでは骨形成確認できず
培養操作を経ない細胞療法
BMC+TCP
TCP w/o cells
Bone Marrow Concentrate + TCP
背部皮下と頭蓋骨骨膜下に移植
骨髄由来と末梢血由来で単核球による
骨形成量にさがなかった
脂肪組織 (lipo-suction) から酵素消化、遠心でADSCを回収
cytori therapeutic inc.
なぜ自家血液製剤なのか？
創傷治癒の基本
1.
2.
3.
炎症相 細動脈の収縮、血栓の形成、フィブリンによる創腔の充填
完全自己血由来フィブリンゲルを用いた
再生歯科医療
なぜ自家血液製剤なのか？
骨組織の創傷治癒
増殖相 フィブリン塊への血管新生と線維芽細胞の進入
成熟相 線維芽細胞によるコラーゲンの産成と成熟 なぜ自家血液製剤なのか？
フィブリン塊に進入した細胞による様々な成長因子の放出
血液凝固は創傷治癒の起点
1.
2.
3.
4.
血
期 血
（フィブリン）による創の充填と炎症性細胞浸潤
肉芽形成期 血管新生と骨芽細胞の進入
仮骨期 骨芽細胞によるコラーゲンの産成と石灰化の開始
成熟期 骨のリモデリング
止血機構：血小板の構造
止血機構：血小板の機能
血小板の放出する成長因子
濃染顆粒：ADP、ATP、セロトニン、Ca2+ など
α顆粒：フィブリノゲン、vWF、凝固第V因子、血小板第４因子、
血小板由来成長因子（PDGF）、fibronectinなど
活性化血小板
PDGF: Platelet Derived Growth Factor
TGF-β:transforming growth factor
血小板由来成長因子
様々な細胞が分泌
subtype: AA, AB, BB
多彩な作用
PRPの生理活性の本体
コラーゲン産成㽉
骨芽細胞の増殖促進 創傷治癒促進
Lynch SE, et al. J Clin Periodontol. 1989
rhPDGF-BB/βTCP GEM 21Sとして市販
血液の成分
自家血液製剤
PRP
血漿（cf. 血清）
水分
たんぱく質
アルブミン、グロブリン、
フィブリノーゲン
バフィーコート
白血球
血小板
PRP: Platelet-Rich Plasma
PRGF: Plasma Rich in Growth Factors (Anitua E. BTI社. Spain)
PRF: Platelet-Rich Fibrin (Dohan DM. Cascade社. France) ≒
CGF: Concentrated Growth Factors (Sacco L. Silfadent社. Italy)
AFG: Autologous Fibrinogen Glue
赤血球
PRP
抗凝固剤入り遠心管
1960年代から皮膚科領域で創傷被覆材として利用
２回の遠心
1998年にR. MarxがPRPに骨形成促進作用があることを発表
thrombin, CaCl2の添加でゲル化
2000年頃から歯科領域においても骨造成への応用
PubMedでPRPは6000件以上ヒット、骨に関しては約900件
2012年に限っても700件と200件
骨形成促進作用：有り、無し 数多くの報告
Smart Prep
PRP
創傷治癒
しわ取り
PRP
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PCBM+PRP 顎骨再建に応用
帯損傷 発毛
Effect of platelet-rich plasma on bone engineering with an alloplastic substitute containing BMP2
PRP+PCBMによる顎骨再建
PRP+BMP
Kaori Yoshida1, Yoshinori Sumita2*, Eriko Marukawa3, Masaru Harashima4, Izumi Asahina2
BIO-MEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING
An International Journal (in press)
PRPはBMPによる骨誘導を促進する
PRF≒CGF
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抗凝固剤を加えないガラス管で遠心 — 遠心中にゲル化
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PRF clinical cases
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CGFを用いた上顎洞底挙上術
CGF, AFGの適応例
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CGF#
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ご静聴有り難うございました
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