椎間板再生医療における基礎的研究:推間板細胞解析と幹細胞からの分化誘導実験

• Project/Area Number: 18791060
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 酒井 大輔 Tokai University, 医学部, 助教 (10408007)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2007: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2006: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 脊椎脊髄病学 / 再生医学 / 間葉系幹細胞 / 椎間板 / 髄核細胞

Research Abstract

椎間板の構造、機能の維持、修復に対し再生医学的新治療法の開発が求められている。我々は自家問葉系幹細胞移植療法の椎間板再生効果を報告、その再生機序として間葉系幹細胞から椎間板細胞への分化を挙げている。しかし、実際に間葉系幹細胞(hMSCs)から椎間板細胞への分化が可能なのかについては依然未知である。そこでフローサイトメトリーを用い椎間板細胞を解析した。FSCおよびSSCの解析にて髄核細胞で大小の2極化を認め、線維輪、関節軟骨細胞に比べより大きい細胞が混在することが判明、SSCにて椎間板の外層へ向かうに従い細胞構造がより単純になり、軟骨細胞と椎間板細胞は大きさと内部構造にも差があることが定量的に証明された。次に開発した共培養法にて幹細胞から髄核細胞(NP)と線維輪細胞(AF)の誘導を試みた。誘導後、細胞の大きさ、内部構造はNPと共培養したhMSCsは共培養前と比べ、FSCが大きくなり、SSCが複雑化し、AFと共培養したhMSCsではFSCが共培養前より小さくなり、SSCが単純化し、共培養した相手の細胞の形質に非常に類似した。NPと共培養したhMSCsで共培養前では発現の少なかったtype2コラーゲン、ケラタン硫酸型プロテオグリカンが、またNP、IAF、OAFのいずれかと共培養したhMSCsはコンドロイチン硫酸、インテグリンα1サブユニットなどで発現が有意に多くなり、逆にhMSCsでより多く発現したI型コラーゲンなどでは発現が低下した。免疫染色、RT-PCRの結果においても同様の現象が確認された。今回の実験結果よりアルジネートビーズ内での共培養法にてヒト間葉系幹細胞をヒト椎間板髄核および線維輪細胞のlineageへ誘導できることが確認された。更なる解析を進めることでより完全な導出を確認し、目的細胞へ誘導を行ったhMSCを細胞移植へ導入するなど、椎間板再生への応用化が期待された。

Research Products

• [Journal Article] Cross talk between Smad transcription factors and TNF-alpha in intervertebral disc degeneration (2008)
  • Author(s): Hiyama, A・Mochida, J・Omi, H・Serigano, K・Sakai, D
  • Journal Title: Biochemical Biophysical Research Communications 369(In Press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-intensity pulsed ultrasound stimulation enhances TIMP-1 in nucleus pulposus cells and MCP-1 in macrophages in the rat (2008)
  • Author(s): Omi, H・Mochida, J・Iwaskma, T・Katsuno, R・Hiyama, A・Watanabe, T・Serigano, K・Iwabuchi, S・Sakai, D
  • Journal Title: Journal of Orthopaedic Research 26(In Press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transplantation of mesenchymal stem cells in a canine disc degeneration model (2008)
  • Author(s): Hiyama, A・Mochida, J・Iwashina, T・Omi, H・Watanabe, T・Serigano, K・kmura, F・Sakai, D
  • Journal Title: Journal of Orthopaedic Research 26(In Press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 椎間板再生の現状と展望 椎間板髄核、線維輪細胞の識別と間葉系幹細胞からの誘導 (2007)
  • Author(s): 酒井大輔
  • Journal Title: 日本整形外科学会雑誌 81 Pages: 545-550
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 腰痛に対する再生医療の現状と展望 (2007)
  • Author(s): 酒井大輔
  • Journal Title: Pharma Medica 25 Pages: 51-56
• [Journal Article] A phenotypic comparison of intervertebral disc and articular cartilage oells in the rat (2007)
  • Author(s): Lee, CR・Sakai, D・Nakai, T・Toyama, K・Mccbida, J・Alini, M・Grad, S
  • Journal Title: European Spine Journal 16 Pages: 2174-85
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nkx2.2 expression in differentiation of oligodendrocyte precursor cells and inhibitory factors for differentiation of oligodendrocytes afier traumatic spinal cord injury (2007)
  • Author(s): Suyama, K・Watanabe, M・Sakai, D・Osada, T・Imai, M・Mochida, J
  • Journal Title: Joumal of Neurotrauma 26 Pages: 1013-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synergistic effect of low-intensity pulsed ultrasound on growth factor stimulation of nucleus pulposus cells (2007)
  • Author(s): Hiyama, A・Mochida, J・Omi, H・Serigano, K・Sakai, D
  • Journal Title: Journal of Orthopaedic Research 25 Pages: 1574-81
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atelocollagen for culture of human nucleus pulposus cells forming nucleus pulposus-like tissue in vitro : influence on the proliferation and proteoglycan production of HNPSV-1 cells (2006)
  • Author(s): Sakai, Daisuke
  • Journal Title: Biomaterials 27・1 Pages: 346-353
• [Journal Article] Regenerative effects of transplanting mesenchymal stem cells embedded in atelocollagen to the degenerated intervertebral disc (2006)
  • Author(s): Sakai, Daisuke
  • Journal Title: Biomaterials 27・1 Pages: 335-345
• [Journal Article] Low-intensity pulsed ultrasound stimulates cell proliferation and proteoglycan production in rabbit intervertebral disc cells cultured in alginate (2006)
  • Author(s): Sakai, Daisuke
  • Journal Title: Biomaterials 27・1 Pages: 354-361
• [Journal Article] Feasibility of using a human nucleus pulposus cell line as a cell source in cell transplantation therapy for intervertebral disc degeneration (2006)
  • Author(s): Sakai, Daisuke
  • Journal Title: Spine 31 Pages: 1177-1186
  • NAID: 10020594452
• [Journal Article] Expression of CD90 on keratinocyte stem/progenitor cells (2006)
  • Author(s): Sakai, Daisuke
  • Journal Title: British Journal of Dermatology 154 Pages: 1062-1070
• [Presentation] Cell-mediated therapy for interverebral disc repair (2008)
  • Author(s): Daisuke, Sakai
  • Organizer: World Forum for Spine Research 2008
  • Place of Presentation: Westin Miyako, Kyoto
  • Year and Date: 2008-01-26
• [Presentation] 椎間板の変性と再生 間葉系幹細胞を用いた椎間板領域の再生医療 (2007)
  • Author(s): 桧山明彦
  • Organizer: 第22階日本整形外科学会学術集会
  • Place of Presentation: アクトシティー浜松
  • Year and Date: 2007-10-25
• [Presentation] Cell-mediated therapy for interverebral disc repair (2007)
  • Author(s): Daisuke, Sakai
  • Organizer: 6th Combined Meeting of the Orthopaedic Research Societies
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center
  • Year and Date: 2007-10-21
• [Presentation] 適切な組織再生に向けた椎間板の遺伝子発現解析 大・小動物における相違 (2007)
  • Author(s): 酒井大輔
  • Organizer: 第36回日本脊椎脊髄病学会
  • Place of Presentation: 石川県立音楽堂
  • Year and Date: 2007-04-26
• [Presentation] Recovery of immune privilege in intervertebral disc with transplantation of mesenchymal stem cells in a canine disc degeneration model (2007)
  • Author(s): Akihiko, Hiyama
  • Organizer: 53rd Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center
  • Year and Date: 2007-02-12