温熱刺激を用いた関節軟骨再生の研究

• Project/Area Number: 15J06180
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied health science (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 伊藤 明良 京都大学, 医学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 間葉系幹細胞 / 骨軟骨欠損

Outline of Annual Research Achievements

間葉系幹細胞(MSCs)は骨、脂肪、軟骨細胞への分化能を有し、運動器に対する移植細胞として最も着目されている。すでに臨床研究においてMSCs移植治療効果の検討がなされているが、術後のリハビリテーションに関する検討は十分になされていない。本研究では、細胞を用いた再生医療の治療効果を、リハビリテーションによって最大限に引き出すことに着眼し、リハビリテーション介入の一つとして用いられる温熱刺激がMSCsの生存能・硝子軟骨分化能・細胞外基質形成能に及ぼす影響を明らかにすることを目的とし、温熱刺激によるMSCs移植後の関節軟骨再生効果を検証するものである。初年度では、実験で用いるMSCsの確立および温熱刺激の持続的負荷がMSCsに与える影響にかかわる実験を計画した。ラット大腿骨骨髄からMSCsを採取し、骨・脂肪・軟骨への分化誘導を試みた。その結果、骨および脂肪へは誘導されたが、軟骨分化誘導においては、軟骨特有の細胞外基質の産生が乏しく、プロトコルの見直しを行った。再検討した実験条件としては、用いるラットの週齢（7週齢～12週齢）、ペレット培養に用いる細胞数（25万～100万細胞/pellet）、軟骨分化誘導専用キットの使用、播種後のMSCsの選別などを検討した。しかしながら、若干の基質産生量亢進は認められたが、良好な軟骨基質形成にまでは至らなかった。現在、軟骨分化誘導に必須であるTGF-βの購入業者を変更して検討中である。MSCsの軟骨分化誘導に予定よりも時間を要しているため、同時にラット骨軟骨欠損モデルの確立のための予備的実験を、予定を早めて開始した。8週齢のWistar系雄性ラットの左右大腿骨滑車面中央部に直径1㎜のバイオプシーパンチで深さ1㎜の骨軟骨欠損を作成したところ、その良好な欠損作成再現性を確認した。今後これらの予備的実験を基に、温熱刺激介入実験を進める。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The Effect of Exercise on the Early Stages of Mesenchymal Stromal Cell-Induced Cartilage Repair in a Rat Osteochondral Defect Model (2016)
  • Author(s): Yamaguchi S, Aoyama T, Ito A, Nagai M, Iijima H, Tajino J, Zhang X, Kiyan W, Kuroki H
  • Journal Title: PLoS One Volume: 11 Issue: 3 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0151580
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exercise intervention increases expression of bone morphogenetic proteins and prevents the progression of cartilage-subchondral bone lesions in a post-traumatic rat knee model (2016)
  • Author(s): Iijima H, Aoyama T, Ito A, Tajino J, Yamaguchi S, Nagai M, Kiyan W, Zhang X, Kuroki H
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage Volume: - Issue: 6 Pages: 1092-1102
  • DOI: 10.1016/j.joca.2016.01.006
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Subchondral plate porosity colocalizes with the point of mechanical load during ambulation in a rat knee model of post-traumatic osteoarthritis (2016)
  • Author(s): Iijima H, Aoyama T, Tajino J, Ito A, Nagai M, Yamaguchi S, Zhang X, Kiyan W, Kuroki H
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage Volume: 24 Issue: 2 Pages: 354-363
  • DOI: 10.1016/j.joca.2015.09.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The effects of short-term hypoxia on human mesenchymal stem cell proliferation, viability and p16(INK4A) mRNA expression: Investigation using a simple hypoxic culture system with a deoxidizing agent (2015)
  • Author(s): Ito A, Aoyama T, Yoshizawa M, Nagai M, Tajino J, Yamaguchi S, Iijima H, Zhang X, Kuroki H
  • Journal Title: J Stem Cells Regen Med Volume: 30 Pages: 25-31
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Culture temperature affects human chondrocyte messenger RNA expression in monolayer and pellet culture systems (2015)
  • Author(s): Ito A, Nagai M, Tajino J, Yamaguchi S, Iijima H, Zhang X, Aoyama T, Kuroki H
  • Journal Title: PLoS One Volume: 26 Issue: 5 Pages: e0128082-e0128082
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0128082
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Alteration of cartilage surface collagen fibers differs locally after immobilization of knee joints in rats. (2015)
  • Author(s): Nagai M, Aoyama T, Ito A, Tajino J, Iijima H, Yamaguchi S, Zhang X, Kuroki H.
  • Journal Title: J Anat Volume: 226 Issue: 5 Pages: 447-57
  • DOI: 10.1111/joa.12290
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Culture temperature affects redifferentiation and cartilaginous extracellular matrix formation in dedifferentiated human chondrocytes (2015)
  • Author(s): Ito A, Aoyama T, Iijima H, Tajino J, Nagai M, Yamaguchi S, Zhang X, Kuroki H
  • Journal Title: J Orthop Res Volume: なし Issue: 5 Pages: 633-9
  • DOI: 10.1002/jor.22808
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of short-term gentle treadmill walking on subchondral bone in a rat model of instability-induced osteoarthritis. (2015)
  • Author(s): Iijima H, Aoyama T, Ito A, Yamaguchi S, Nagai M, Tajino J, Zhang X, Kuroki H.
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage Volume: 23 Issue: 9 Pages: 1563-74
  • DOI: 10.1016/j.joca.2015.04.015
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of microfabricated microgroove-surface devices on the morphology of mesenchymal stem cells (2015)
  • Author(s): Zhang X, Aoyama T, Yasuda T, Oike M, Ito A, Tajino J, Nagai M, Fujioka R, Iijima H, Yamaguchi S, Kakinuma N, Kuroki H
  • Journal Title: Biomed Microdevices Volume: 17 Issue: 6 Pages: 116-116
  • DOI: 10.1007/s10544-015-0016-0
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Scaffold-Free Bio 3D Conduits for the Peripheral Nerve Regeneration (2016)
  • Author(s): J. Tajino, A. Ito, H. Yurie, R. Ikeguchi, S. Akieda, M. Tsuji, T. Aoyama
  • Organizer: McGowan Institute Scientific Retreat
  • Place of Presentation: Farmington, PA, USA
  • Year and Date: 2016-03-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Periodic heat stimulus for extracellular matrix production on human chondrocytes (2015)
  • Author(s): A. Ito, H. Iijima, J. Tajino, M. Nagai, S. Yamaguchi, X. Zhang, T. Aoyama, H. Kuroki
  • Organizer: Fourth Annual Symposium on Regenerative Rehabilitation
  • Place of Presentation: Rochester, MN, USA
  • Year and Date: 2015-09-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Global perspectives in Regenerative Rehabilitation (2015)
  • Author(s): A. Ito
  • Organizer: Fourth Annual Symposium on Regenerative Rehabilitation
  • Place of Presentation: Rochester, MN, USA
  • Year and Date: 2015-09-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 間欠的な温熱刺激を用いたヒト軟骨細胞による関節軟骨基質生成の試み‐三次元培養を用いたin vitro研究‐ (2015)
  • Author(s): 伊藤明良，太治野純一，長井桃子，山口将希，飯島弘貴，張項凱，喜屋武弥，青山朋樹，黒木裕士
  • Organizer: 第50回日本理学療法学術大会
  • Place of Presentation: 東京都
  • Year and Date: 2015-06-05
• [Remarks] 第2回国際再生リハビリテーションシンポジウムin京都
  • URL: http://regenerative-rehabilitation.com/2nd-ISRRK/