Development of cultured bone tissue for regenerative therapy that contains autologous osteoblasts and can be constructed into a free 3D shape

• Project/Area Number: 19K19071
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: Sato Yoshiki 京都府立医科大学, 医学部附属病院, 専攻医 (50808235)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: スキャホールド / ナノゲル / ダイレクト・リプログラミング / 骨芽細胞 / 再生医療 / スキャフォールド / 再生治療

Outline of Research at the Start

歯槽骨欠損等に対する再生療法のためには、患者ごとの患部の形状に合致した３Ｄ形状を有し、自家骨芽細胞を含む骨組織を構築して移植することが理想的である。本研究では我々が開発した２つの技術、①低分子化合物を用いたダイレクト・リプログラミングによる骨芽細胞誘導技術と、②自在な形状の３Ｄ培養を支持できるスキャフォールドを組み合わせ、骨再生治療の基盤技術として確立する。

Outline of Final Research Achievements

Human dermal fibroblasts were converted into osteoblasts using a ALK inhibitor II (inhibitor of transforming growth factor-β signal) and 1α, 25-dihydroxy Vitamin D3 on natural freeze-dry nanogel-crosslinked-porous (FD-NanoClip) polysaccharide sheets or fibers. Based on Raman spectroscopic analyses comparing different polysaccharide scaffolds and Fourier transform infrared spectrosco-py analyses of dOB cultures, we interpreted the observed differences in osteogenic behaviors. This study substantiates a possible new path to repair large bone defects through a simplified transplantation pro-cedure using FD-NanoClip sheets with better osteogenic outputs as compared to the existing atelocollagen scaffolding material.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、骨疾患に対する再生医療を目的として、高機能の自家骨芽細胞を含む、自在な３D形状の骨組織を構築する技術を報告した。本研究では我々が開発した２つの技術、①低分子化合物を用いたダイレクト・リプログラミングによる骨芽細胞誘導技術と②高い３D組織構築が可能なスキャホールドを組み合わせ、骨芽細胞移植に際して、効率性、安全性を高めたゼノフリー骨再生医療の基盤技術を確立を検証した。
本研究の結果、Fibronectin-coated NanoClip-FD matrixとALK5iⅡが骨芽細胞の接着、骨組織形成を強く支持し、安全なゼノフリー骨再生の基盤技術を拓くものと期待される。

Research Products

• [Presentation] ダイレクト・コンバージョン技術を用いた骨芽細胞と多孔質ハイブリッド架橋ナノゲル足場を活用した骨組織再生の評価 (2020)
  • Author(s): 佐藤良樹，山本健太，中井敬，大迫文重，山本俊郎，岸田綱郎，松田修，金村成智
  • Organizer: 日本炎症再生医学会
• [Presentation] 多孔性ハイブリッド・ナノゲルとダイレクト・リプログラミングを用いた新規骨再生療法の開発 (2019)
  • Author(s): 佐藤良樹, 山本健太, 堀口智史, 中井 敬, 足立哲也, 足立圭司, 大迫文重, 雨宮傑, 山本俊郎, 金村成智
  • Organizer: 第62回春期日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] Bone regeneration by osteoblasts transplantation using nanogel as a scaffold (2019)
  • Author(s): Sato Y, Yamamoto K, Takizawa S, Adachi K, Oseko F, Kishida T, Mazda O, Yamamoto T, Kanamura N
  • Organizer: 4th Meeting of the international Association for Dental Reserch Asua Pacific Region
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ダイレクト・コンバージョン技術による新規骨再生療法の確立 (2019)
  • Author(s): 中井 敬, 佐藤良樹, 山本健太, 足立哲也, 滝沢茂太, 足立圭司, 大迫文重, 山本俊郎, 金村成智
  • Organizer: 第31回日本口腔科学会近畿地方部会
• [Presentation] Transplantation of dental pulp-derived cell sheets cultured on human amniotic membrane (2019)
  • Author(s): Yamamoto T, Sato Y, Yamamoto K, Adachi T, Oseko F, Kanamura N
  • Organizer: 4th Meeting of the international Association for Dental Reserch Asua Pacific Region
  • Int'l Joint Research