人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）を用いた歯原性細胞分化誘導法の開発

• Project/Area Number: 13J04803
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 矯正・小児系歯学
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 新垣 真紀子 東北大学, 歯学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: iPS細胞 / 歯 / エナメル芽細胞 / 歯原性上皮細胞 / 再生

Outline of Annual Research Achievements

歯胚は、その発生初期段階より歯原性上皮細胞と間葉細胞間の相互作用により形態制御されており、多くのシグナル分子群が関与していることが明らかとなっているが、エナメル芽細胞に関しては、その詳細な分化メカニズムが解明されておらず、人工的な分化誘導法もほとんど報告されていない。そこで本研究では、人工多能性幹細胞（iPS細胞）を用いて、歯原性上皮細胞、中でもエナメル芽細胞への分化誘導法の開発を進めてきた。
これまでに、マウス由来iPS細胞をラット歯原性上皮細胞株SF2と共培養すると、一部のiPS細胞が上皮細胞マーカーであるp63やサイトケラチン14(CK14)、さらにエナメル芽細胞の細胞外基質蛋白であるアメロブラスチン(Ambn)やエナメリン(Enam)遺伝子を発現する細胞に分化誘導されたことが確認できた。この際、SF2が発現するAmbnやNT-4、BMP分子がiPS細胞からエナメル芽細胞への重要な分化誘導因子であること明らかにした。他の細胞の混入を最小限にするためSF2のconditioned medium(CM)を用いて培養した場合も同様に、免疫組織染色でNanog-GFP発現の低下したiPS細胞塊辺縁に、E-Cadherin陽性で上皮細胞様形態を示す細胞の局在が認められ、さらに、iPS細胞とSF2の共培養をCM下で行なった際には、iPS細胞塊辺縁でSF2と隣接する領域に強くAMBN陽性を示す細胞が確認された。また、CMの条件により、さらに効率的に歯原性上皮細胞へ誘導される可能性が示された。
これにより、将来的なiPS細胞由来歯原性上皮細胞の獲得やエナメル芽細胞分化メカニズムの解析や、さらにはヒトiPS細胞由来の歯原性細胞を用いた人工歯胚再構築への応用などに繋がることが期待される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Connexin 43 is necessary for salivary gland branching morphogenesis and FGF10-induced ERK1/2 phosphorylation (2016)
  • Author(s): Yamada A, Futagi M, Fukumoto E, Saito K, Yoshizaki K, Ishikawa M, Arakaki M, Hino R, Sugawara Y, Ishikawa M, Naruse M, Miyazaki K, Nakamura T, Fukumoto S.
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 291 Issue: 2 Pages: 904-912
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.674663
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Application of a tooth-surface coating material containing pre-reacted glass-ionomer fillers for caries prevention (2015)
  • Author(s): Suzuki M, Yamada A, Saito K, Hino R, Sugawara Y, Ono M, Naruse M, Arakaki M, Fukumoto S.
  • Journal Title: Pediatric Dental Journal Volume: 25 Issue: 3 Pages: 72-78
  • DOI: 10.1016/j.pdj.2015.08.003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of the optimal exposure settings for occlusal photography with digital cameras (2014)
  • Author(s): Yu Sugawara, Kan Saito, Masaharu Futagi, Masahiro Naruse, Mariko Ono, Ryoko Hino, Yuta Chiba, Makiko Arakaki, Aya Yamada, Satoshi Fukumoto
  • Journal Title: Pediatric Dental Journal Volume: 24-2 Issue: 2 Pages: 89-96
  • DOI: 10.1016/j.pdj.2014.04.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of ex vivo mucocele model using salivary gland organ culture (2014)
  • Author(s): Ryoko Miyamoto, Masaharu Futagi, Aya Yamada, Makiko Arakaki, Satoshi Fukumoto, et al.
  • Journal Title: Pediatric Dental Journal Volume: 24-2(掲載確定)(accepted)(未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New insights into the functions of enamel matrices in calcified tissues (2014)
  • Author(s): Fukumoto S, Nakamura T, Yamada A, Arakaki M, Saito K, Xu J, Fukumoto E, Yamada Y.
  • Journal Title: Japanese Dental Science Review Volume: 50-2 Issue: 2 Pages: 47-54
  • DOI: 10.1016/j.jdsr.2014.01.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Application of a tooth-surface coating material to teeth with discolored crowns (2013)
  • Author(s): Takashi Hashimura, Aya Yamada, Tsutomu Iwamoto, Makiko Arakaki, Kan Saito, Satoshi Fukumoto
  • Journal Title: Pediatric Dental Journal Volume: 23-1 Pages: 44-50
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Case report: enamel hypoplasia on mandibular permanent central incisors by the trauma of primary teeth (2015)
  • Author(s): Makiko Arakaki, Aya Yamada, Satoshi Fukumoto
  • Organizer: 25th Congress of the International Association of Paediatric Dentistry (IAPD)
  • Place of Presentation: Glasgow, Scotland
  • Year and Date: 2015-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 齲蝕予防を目的とした貼付型フィルムの開発とその機能について (2015)
  • Author(s): 新垣真紀子，山田亜矢，日野綾子，菅原 優，小野真理子，齋藤 幹，福本 敏
  • Organizer: 第５３回日本小児歯科学会大会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2015-05-21
• [Presentation] A case report of odontoma outside of maxillary bone (2014)
  • Author(s): Makiko Arakaki, Kan Saito, Ryoko Hino, Aya Yamada, Satoshi Fukumoto
  • Organizer: 9th Biennial Conference of the Pediatric Dentistry Association of Asia (PDAA) 2014
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2014-08-24
• [Presentation] Induction of ameloblasts from induced pluripotent stem (iPS) cells (2013)
  • Author(s): Makiko Arakaki
  • Organizer: Peking-Tohoku Dental Symposium--Innovative research for Biosis-Abiosis Intelligent Interface―
  • Place of Presentation: China Peking
  • Year and Date: 2013-07-27
• [Presentation] Induction of ameloblasts from induced pluripotent stem (iPS) cells (2013)
  • Author(s): Makiko Arakaki
  • Organizer: 11^<th> International Conference on Tooth Morphoge nesis and differentiation
  • Place of Presentation: France Lyon
  • Year and Date: 2013-05-29
• [Book] 小児歯科臨床 臨床講座「新う蝕予防」－ S－PRG技術を応用した新しい齲蝕予防の概念 － (2014)
  • Author(s): 新垣真紀子、山田亜矢、齋藤 幹、福本 敏
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 東京臨床出版