【研究分野】外科系歯学

【研究領域課題番号】15H05044 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨再生 / 間葉系幹細胞 / 同種細胞移植 / 遺伝子 / 生体材料 / 骨芽細胞分化 / 再生医学 / 臍帯 / 幹細胞 / 骨分化 / リプログラム / 遺伝子活性化基質

【研究成果の概要】

本研究の目的は、in vivo Direct Conversionを誘導する遺伝子活性化基質によって、生体内で臍帯由来MSCを骨芽細胞へ直接分化させることで、簡便で確実な骨組織の再生法を開発することにある。 即ち、培養により大量に増殖させた臍帯MSCと、骨芽細胞分化を誘導する遺伝子群を組み込んだ基質を一体化して骨欠損部へ移植することで、顎骨の再生を図る。本研究期間中の成果としては、細胞骨格因子であるアクチンの脱重合に関わる遺伝子群とBMPシグナルの制御に関わるmiRNA群をGAMに応用し、それを臍帯MSCの担体とすることで骨再生を促す技術の可能性について一定の知見を得ることができた。

【研究の社会的意義】

本研究の独創的な点は、臍帯MSCの利点を最大限に活用するin vivo Direct Conversionの手法によって、骨芽細胞分化と血管網構築の両面から効果的に骨再生を成し遂げようとするところである。本研究の研究分担者らは、様々な希少・難治疾患に対する臍帯MSCの応用研究を実施しており、そのための系統的資源化を推し進めている。同種移植可能で、安定供給が可能である細胞による効果的な骨再生法を開発できれば、革新的な細胞治療法が実現する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【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】整形外科学

【研究領域課題番号】22390291 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ES cell / iPS cell / stem cell / 軟骨再生 / Scaffold / 軟骨分化 / 骨分化 / Stem cell / scaffold / 幹細胞 / 組織工学 / 骨再生 / スキャフォールド

【研究成果の概要】

今までに確立したヒト滑膜間葉系幹細胞（MSC）由来三次元人工組織（Tissue Engineered Construct, TEC）を作製する技術を用いて、ウサギ胚性幹細胞由来MSCでTEC（ES-TEC）を作成した。ES-TECは軟骨分化誘導後に滑膜MSC-TEC(Sy-TEC)と比べ軟骨関連遺伝子の発現が有意に高値であった。ウサギ膝関節骨軟骨欠損へのTEC/β-TCP複合体移植を行いに修復組織を検討したところES-TECでSy-TECに比しては硝子軟骨様組織による修復が促進されており、臨床応用が期待できる。またiPS細胞を用いて短期間でTECを作成する技術も開発した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31

【配分額】18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)

【研究分野】整形外科学

【研究領域課題番号】15390452 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胚性幹(ES)細胞 / 骨分化 / 軟骨分化 / 分化十分条件 / 培養方法 / 再生医学 / 骨 / 軟骨 / 再生 / 胚性幹細胞 / 分化誘導 / 幹細胞 / 胚性幹細胞(ES)

【研究成果の概要】

ラットI型コラーゲン遺伝子プロモーター下流にGFPを付けたトランスジーンを発現するマウス、マウスII型コラーゲン遺伝子プロモーター下流にGFPを付けたトランスジーンを発現するマウスを、それぞれ野生型のマウスと交配させて胚盤胞を分離し、そこからES細胞を樹立した。また、上記トランスジーンを発現するレトロウイルスを作成し、これを野生型ES細胞に感染させて株を樹立した。これらのES細胞は、骨芽および軟骨細胞に分化したときにのみ蛍光を発するので、分化誘導因子のスクリーニングに細胞センサーとして利用した。骨芽分化誘導因子としては、BMP受容体、Hhのシグナル伝達分子であるSmo、Wntの転写因子であるLEF-1、Runx2の発現アデノウイルスを作成し、上記ES細胞センサーに網羅的に組み合わせて加え、Runx2とBMPシグナルの組み合わせが相乗的に強力に骨芽細胞分化を誘導することを見出した。軟骨分化誘導因子としては、BMPおよびSoxシグナル伝達系をES細胞センサーに加え、Sox9と、Sox5あるいはSox6の組み合わせが強力に軟骨分化を誘導することを見出した。これらの実験により、骨芽あるいは軟骨細胞分化誘導のシグナルの最適化を行った。
また、樹立したES細胞を、最適条件で分化させることなく、平面培養で増殖させるための至適条件(継代のタイミングと、コロニーサイズ)を決定した。さらに将来ヒトES細胞を使うことを睨んで、カニクイザルのES細胞を購入し、これを用いて培養・分化方法について経験を積んだ。
上記のごとく決定した至適条件で分化した骨芽様細胞および軟骨様細胞を、それぞれアテロコラーゲンフィルム上に播種して培養し、十分な基質をつくらせ、基質の石灰化及び、トルイジンブルー染色でのメタクロマジーを確認した。このシートを骨・軟骨欠損モデルマウスの欠損部に移植し、移植後1〜4ヵ月後に麻酔後屠殺し、移植部分を組織学的、免疫組織学的に観察したところ、骨欠損のマウスにおいては、良好な再生誘導が見られたが、軟骨欠損に関しては、有意な治癒効果が見られなかった。この原因としては、軟骨分化誘導刺激がまだ十分に最適化されていない可能性が考えられ、今後他のシグナル経路との組み合わせを考慮してスクリーニングしていく予定である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】14,700千円 (直接経費: 14,700千円)