Development of new biodegradable Mg device shape and surface treatment technology based on RNA sequencing

基于RNA测序的新型可生物降解镁器件形状及表面处理技术的开发

• 批准号: 21K21031
• 负责人: 柳沢 佑太
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K21031/
• 关键词: 骨代謝; マグネシウム; 次世代RNAシーケンス; 骨形成; 生分解性デバイス開発; インプラント; 包括的遺伝子解析; 新規生分解性デバイス開発

【目的】マグネシウムは人体の生命活動を支える生体必須元素で生体内には約25 gが存在し、その50－60％がリン酸塩として骨組織に存在するとされる。マグネシウムは骨の主成分であるカルシウムと同様に周期表の第2族に属する元素で化学的性質も類似している。そのため骨代謝においても類似的あるいは相補的な作用を有する可能性が考えられているが、具体的な作用についてはいまだ不明な点が多い。われわれは予備実験においてウサギ頭蓋内にマグネシウム製ネイルを埋入し、マグネシウムの分解過程を経時的に観察したところ、マグネシウム表面にカルシウムリン酸塩の腐食層が形成される過程を観察した。これらの結果からマグネシウムは初期の骨形成においてカルシウムの代償的な役割を担っている可能性が考えられた。【方法】ラット大腿骨(n=24)に対して、みぎ大腿骨に直径1.5mm、長さ3mmのチタン（Ti）またはマグネシウム（Mg）金属を埋入し、ひだり大腿骨にShamオペを施行しコントロールとした。術後3日、7日後に両大腿骨を採取、液体窒素で即時冷凍保存し、全検体に対して次世代RNAシーケンス（RNA-Seq）による発現変動遺伝子を調査した。遺伝子解析にはDNB-SEQ (MGI社,、MGISEQ-2000RS)を使用し、得られたRNA-Seqデータは総リード数を100万リードで正規化しCount per million値（CPM）を計測した。骨形成(骨芽細胞分化): BMP2、runx2、骨形成抑制:grem1、twsg1、破骨細胞活性:ctsk、Dc-stamp遺伝子を対象に発現遺伝子量を比較した。【結果】術後３、７日のMg埋入群でBMP2, runx2の発現量の上昇が認められ、grem1、twsg1は術後７日Mg埋入群で上昇傾向を示した。Ti埋入群とShamオペ群では遺伝子発現量に明ら差は認められなかった。

目的：镁是支持人体生命活动的重要元素，据说人体中存在大约25 g的生物体，其中50-60％在骨组织中作为磷酸盐发现。镁，例如钙的主要成分钙，是元素元素2组的元素，具有相似的化学特性。因此，人们认为在骨代谢中可能存在相似或互补的作用，但是关于特定影响仍然有许多未知数。在一个初步的实验中，我们将镁指甲嵌入兔头骨内，并观察到镁的分解过程，并观察到在镁表面形成磷酸钙腐蚀性层的过程。这些结果表明，镁在早期骨形成中可能起钙的补偿作用。 [方法]将大鼠股骨（n = 24），钛（Ti）或镁（mg）金属嵌入模拟股骨，直径为1.5 mm，长度为3 mm，并在pleat股骨上进行假手术，以控制股骨。手术后三天和七天，将两个股骨收集并立即存储在液氮中，并检查了所有标本的基因，这些基因通过下一代RNA测序（RNA-Seq）表达。使用DNB-SEQ（MGI，MGISEQ-200000RS）进行遗传分析，并将读数总数归一化为100万读，并测量了每百万个值（CPM）。比较了BMP2，Runx2，成骨抑制的基因水平：GREM1，TWSG1，破骨细胞活性：CTSK和DC-Stamp基因。 [结果]在第三天和第7天，在MG植入组中观察到BMP2和RUNX2的表达水平，GREM1和TWSG1在术后第7天显示MG植入组的上升趋势。 Ti植入组和假手术组之间的基因表达水平没有明显的差异。

项目成果

Biodegradation behaviors of magnesium(Mg)-based alloy nails in autologous bone grafts: In vivo study in rabbit skulls

• DOI: 10.1177/22808000221095230
• 发表时间: 2022-01
• 期刊: Journal of Applied Biomaterials & Functional Materials
• 影响因子: 2.5
• 作者: Yuta Yanagisawa;Y. Shimizu;T. Mukai;Yuya Sano;Kenji Odashima;N. Ikeo;H. Saito;K. Yamauchi;Tetsu Takahashi;H. Kumamoto