生分解性インプラントで骨折を迅速に再生(Broken bones regrow quickly with help of biodegradable implant)

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2025-08-21 ペンシルベニア州立大学(PennState)

ペンシルベニア州立大学の研究チームは、複雑骨折の治療を支援する新しい生体分解性インプラント「CitraBoneQMg」を開発した。従来の金属プレートや足場材料では治癒が不十分な場合が多かったが、この新素材はマグネシウム、グルタミン、クエン酸を組み合わせて構成され、体内に自然に存在する成分を活用することで骨再生を促進する。研究では、マグネシウムとグルタミンがクエン酸と協調し、細胞内代謝を活性化させ骨形成を加速することを確認した。CitraBoneQMgは時間とともに体内で分解され、再手術で取り除く必要がない点も利点である。ラボ実験と動物モデルでの試験では、従来のスキャフォールドより速く骨組織が再生することが示された。成果は『Science Advances』に発表され、米国で特許も出願中。研究者らは、この技術が将来的に臨床応用されれば、複雑骨折や高齢者の骨折治療において回復を早め、患者の生活の質向上に寄与する可能性があると期待している。

生分解性インプラントで骨折を迅速に再生(Broken bones regrow quickly with help of biodegradable implant)
Researchers found that after 12 weeks, the CitraBoneQMg implant, seen in the far right column, had increased the bone growth surrounding rats’ cranial injury by 56% as compared to the rats with the citric acid only-based scaffold (seen in the middle column), and 185% compared to the rats with a traditional bone material implant (seen in the left column). Credit: Provided by Hui Xu/Science Advances. All Rights Reserved.

<関連情報>

代謝促進性クエン酸生体材料はクエン酸を介したシグナル伝達経路を介して骨再生を調整するMetabotissugenic citrate biomaterials orchestrate bone regeneration via citrate-mediated signaling pathways

Hui Xu, Xinyu Tan, Ethan Gerhard, Hao Zhang, […] , and Jian Yang
Science Advances  Published:23 Jul 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.ady2862

Abstract

Bone regeneration requires coordinated anabolic and catabolic signaling, yet the interplay between mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) and adenosine monophosphate–activated protein kinase (AMPK) pathways remains unclear. This study reveals that citrate, glutamine, and magnesium synergistically activate both pathways via calcium/calmodulin-dependent protein kinase kinase 2 (CaMKK2)– and protein kinase B (Akt)–dependent signaling, bypassing the traditional adenosine monophosphate (AMP)/adenosine triphosphate (ATP) sensing mechanism. This dual activation supports sustained energy metabolism during osteogenesis and challenges the canonical antagonism between mTORC1 and AMPK. We developed CitraBoneQMg, a citrate-based biomaterial incorporating these components via one-pot synthesis. CitraBoneQMg provides sustained release, photoluminescent and photoacoustic imaging capabilities, and tunable mechanical properties. In vitro, it promotes osteogenesis by enhancing alkaline phosphatase (ALP) activity, osteogenic gene expression, and calcium deposition. In vivo, it accelerates bone regeneration in a rat calvarial defect model while promoting anti-inflammatory and neuroregenerative responses. We define this integrated effect as “metabotissugenesis,” offering a metabolically optimized approach to orthopedic biomaterial design.

生物工学一般
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