【研究領域課題番号】19H03720 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

小児気道狭窄 / ES細胞 / 気管軟骨 / 再生医療 / 胚性幹細胞 / 気管狭窄 / 軟骨 / 移植 / 気道狭窄 / 小児 / 先天性気管狭窄症 / 高圧脱細胞気管 / 軟骨再生

【研究成果の概要】

ヒトES細胞ソースとして分化誘導し、軟骨形成を行った。現在、1.5cmX1.5cm, 厚さ0.5cmの軟骨片の作成に成功している。このヒトES由来軟骨を用いてウサギの気管にパッチ移植を行った。非免疫抑制下では３匹とも移植後１～２週間で呼吸不全死した。病理所見では気管内腔を塞ぐように肉芽形成がみられた。また、ヒトES由来軟骨を４匹のヌードラットに顕微鏡下にてパッチ移植し、１か月にてサンプリングした。ヒトES由来軟骨はラット気管としてairタイトが保たれ、機能的に有効であった。さらに吻合部にはレシピエント（ラット）とドナー（ヒト）の軟骨細胞の癒合がみられた。更に１匹ではあるが、家畜ブタにヒトES由来軟骨をパッチ移植したところ、airタイトは保たれていたが、１か月のサンプリング時に気管支鏡では内腔の狭窄が、また病理ではヒトES由来軟骨の拒絶所見が認められた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】外科系歯学

【研究領域課題番号】16K11678 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アログラフト / 軟骨再生 / 脱細胞化 / 再生軟骨 / 細胞外基質 / 再生医療

【研究成果の概要】

まず、アログラフトに適した軟骨細胞の特性を検討するため、培養期間による異なる分化状態のビーグル耳介軟骨細胞とビーグル初代脾臓細胞の共培養を行ったところ、長期培養の軟骨細胞は、脾臓細胞の増殖を抑制した。したがって、移植細胞の分化状態によって免疫反応性に違いがあることが明らかとなった。
次に、アログラフトに適した基質を検討するため、in vitroで作製した再生軟骨による脱細胞化の最適化を実施し、アログラフトとしての有効性を検討した。再挿入したアログラフト再生軟骨は、自己再生軟骨とほぼ同等のGAGの蓄積の軟骨基質が形成され、軟骨細胞はアロ脱細胞化再生基質を足場として利用できることが明らかとなった。

【研究の社会的意義】

口腔外科の主要な対象疾患である口唇口蓋裂の治療においては、すでに自家再生軟骨が導入されている。しかし、再生組織の汎用化を目指すためには、同種再生軟骨（アログラフト再生軟骨）の開発が不可欠である。申請者らは、アログラフト再生材料に対する免疫反応を詳細に解析し、細胞外基質の成熟や軟骨細胞分化の最適化を図り、免疫寛容性の高いスーパーアログラフトを作製した。本研究では作製した脱細胞化軟骨基質のアログラフト足場素材としての有効性を示すことが出来た。本研究によって得られた知見は、口腔外科・整形外科領域の軟骨・骨再生のみならず、移植医療に対して新技術、新概念が提示できると考える。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】整形外科学

【研究領域課題番号】26293330 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

整形外科学 / 変形性関節症 / 再生医療学 / 軟骨再生 / 再生医学 / iPS細胞 / 軟骨細胞 / 再生医療

【研究成果の概要】

iPS細胞は量的な制約がなく、再生医療の魅力的なツールである。本研究では化合物を用いてヒトiPS細胞から軟骨細胞を分化誘導する方法の開発に取り組み、わずか二種類の化合物を用いて一週間前後で良好な軟骨細胞を誘導することに成功した。本方法ではサイトカインを使用しないため、非常に均質な分化をもたらすことができるのが特徴で、フローサイトメトリーによる解析でも分化し損ねた細胞は全く検知されなかった。またこの方法で誘導した細胞をマウスの膝に移植したところ、良好な軟骨を形成した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)

【研究分野】外科系歯学

【研究領域課題番号】24592981 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医療 / 軟骨再生 / 組織反応 / 軟骨再生医療

【研究成果の概要】

再生軟骨移植におけるマクロファージのサブクラスを同定し、その局在制御による再生軟骨医療への応用を検討した。ヒト耳介軟骨細胞とポリ乳酸足場素材を用いて再生軟骨を作製した後、免役不全マウス背部皮下へ移植した。移植後2週にかけてF4/80陽性マクロファージが増加する過程で、早期にはM1マクロファージが優位に、移植後2週前後でM2マクロファージの局在が増加する傾向が示された。更に、薬剤投与により移植直後のマクロファージを抑制したところ、移植後8週におけるsGAGの蓄積が有意に増加した。移植後早期に出現するM1傾向のマクロファージの局在を抑制することにより、軟骨成熟を促進できる可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】小児外科学

【研究領域課題番号】23592625 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医療 / 気道再建 / 成長因子 / 軟骨再生 / b-FGF / 徐放化製剤

【研究成果の概要】

軟骨を再生する過程で、b-FGFをゼラチンに含浸させ、徐放化することが有用である。適切なb-FGF徐放量について検討した。3週齢のC57B6Jマウス耳介軟骨細胞をゼラチンとβ-tri-calcium-phosphate (β-TCP)１mlあたりに10x10e6　個の軟骨細胞を播種して、100μg/ml　以上のb-FGFを徐放することで有意に軟骨が再生されることを確認した。
また、気管と接する食道前壁に軟骨プレートを再生し、この再生軟骨を気管へ剥移植する気道再建術を考案した。食道に軟骨細胞とゼラチンによる足場にて軟骨が再生されることを確認し、軟骨プレートを用いた気管形成術が可能であった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】20300170 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子ゲル / マイクロパターニング / スフェロイド / 軟骨再生 / 微細加工 / 軟骨 / 再生医療 / 組織工学

【研究成果の概要】

スフェロイド間隔を系統的に制御したスフェロイドパターニング技術を開発した結果、軟骨大型化のために最適なスフェロイド設計指針を確定できた。さらに分化誘導のための添加因子を用いることにより細胞外マトリクスの産生能を長期間維持させることに成功した。これらの検討から最適化されたスフェロイド状態において、再生エレメントとして、スフェロイドの体積にして約10倍という大型化を達成した。次にこの技術と合わせ、スフェロイドをより実際的な移植可能な材形へと展開するためのマトリックス材料の設計と合成を行った。このような一連の実験を統合し、運動器系組織の再生技術として開発を進めた結果、関節軟骨における動物実験において移植する構造体として十分機能する再生エレメントであることを示した

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)

【研究分野】形成外科学

【研究領域課題番号】20592104 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医学 / 移植 / 再生医療 / アポトーシス / 軟骨再生 / 軟骨膜 / 虚血 / P53 / 移植・再生医療 / 再生軟骨

【研究成果の概要】

再生軟骨には周囲の軟骨膜様組織の機能が重要であると予想される。本研究の目的は、軟骨膜様組織の血行が軟骨再生に与える影響を解明し、再生軟骨維持法の開発に情報を提供することである。p53遺伝子欠損マウスを用いて、再生軟骨における低酸素ストレスの影響評価を行った。その結果、再生組織周囲の血行は軟骨再生に影響を及ぼし、移植組織への血行は再生軟骨の生体内代謝・形状維持に重要な因子であることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】小児外科学

【研究領域課題番号】18390474 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医療 / 気道再生 / 軟骨再生 / 先天性気管狭窄症 / 組織工学 / 気管軟骨

【研究成果の概要】

声門下腔狭窄症をtarget diseaseとして、組織工学的気管軟骨壁の臨床応用に向けた治療方法を開発することとした。板状の組織工学的気管軟骨壁を軟骨細胞より作成し、気管軟骨壁の欠損モデルに移植することを行った。
らに、ヒト気管軟骨から軟骨細胞の分離培養が可能であり、再生軟骨の細胞ソースとなりうることを確認した。生体内で、吸収性足場素材と軟骨細胞による再生軟骨の硬さ(弾性)の経時的変化について検討した。ニュージーランド白色家兎の軟骨細胞をポリグリコール酸メッシュに播種させ、無胸腺マウスの皮下に移植し、移植後6週で家兎気管軟骨とほぼ同等の硬さ(機能)再生軟骨が得られた。機能的軟骨が再生されるまで、気道を確保することの可能なcompositescaffold(コラーゲンシート、ポリグリコール酸メッシュ、L乳酸とカプロラクトンの重合体)を設計した。この足場に分離培養した耳介軟骨細胞を播種させ、家兎の気管前壁4x8mm大の欠損孔に移植した。この足場には、移植後1ヶ月で上皮化がなされ、6ヶ月に一層の再生軟骨が得られることが確認された。また、移植片にb-FGF(basic fibroblastic growth factor)の徐放製剤を用いることで軟骨再生が促進されることを確認した。
本研究により、1/3周の気道軟骨の再生が気道上で確認された。この技術は、声門下狭窄症などの、短い気管狭窄に対して有効な治療法となり得るものと考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】18,200千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 3,000千円)