Development of cell sheet for autologous implantation using FGF2-inducing silk fibroin sponge

• Project/Area Number: 20K09442
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: Nakagawa Koichi 東邦大学, 医学部, 教授 (30400823)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤津 頼一 東邦大学, 医学部, 講師 (20795190) ; 玉田 靖 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (70370666)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 軟骨再生 / フィブロイン / 線維芽細胞増殖因子 / 滑膜細胞 / 細胞シート

Outline of Research at the Start

令和2年～4年の3年間で、カイコ遺伝子組み換え技術により開発されたFGF2誘引フィブロインスポンジ上でのヒト滑膜細胞シート作製とその性状の解析を行う。特に細胞増殖能、軟骨分化能について通常の（Wild-type）フィブロインと比較検討し、移植用細胞シートとしての有用性を評価する。 動物細胞と比較して、ヒト（成人）の滑膜細胞は細胞増殖能が低いため、滑膜細胞をフィブロイン被覆法として臨床応用するためには、十分な厚さの細胞層を得られるかどうかが重要となる。また、軟骨分化誘導により確実に軟骨細胞に分化することを確認する必要がある。この２点についてin vitroの系を用いて明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to examine the effect of FGF2-inducing silk fibroin sponge on the formation of cell sheet for autologous implantation. Growth of mesenchymal stem cells was shown to be enhanced on FGF2-inducing silk fibroin sponge compared to wild-type fibroin sponge. After chondrogenesis induction, the staining of the cell layer with alcian blue was similar to the one in the control group. However, the number of positive cells with Sox9 immunostaining slightly decreased. The results of this study suggest possible usefulness of FGF2-incucing silk fibroin sponge to form thicker mesenchymal stem cell sheet.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

広範囲の軟骨欠損に対する再生治療は非常に困難である。今回研究に用いた絹フィブロインスポンジ上に自家細胞シートを作製し、欠損部を被覆する治療法が確立できれば、従来適応のなかった中高年者の広範囲欠損に対する軟骨再生医療も可能となる。本研究では、FGF2誘引フィブロインをヒト骨髄由来間葉系幹細胞シート形成に応用した。FGF2の持つ細胞増殖効果により厚い細胞シートを作製することで、十分な移植細胞数が確保でき、フィブロイン被覆法を広範囲の軟骨欠損に応用できるようになると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] The impact of postoperative inclination of the joint line on clinical outcomes in total knee arthroplasty using a prosthesis with anatomical geometry. (2022)
  • Author(s): Yamada M, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Yamamoto K, Saito J, Norimoto M, Koyama K, Taniguchi S, Aoki Y, Suguro T, Nakagawa K.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 18 Issue: 1 Pages: 979-979
  • DOI: 10.1038/s41598-023-28182-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Time-dependent change in cartilage repair tissue evaluated by magnetic resonance imaging up to 2 years after atelocollagen-assisted autologous cartilage transplantation: Data from the CaTCh study. (2022)
  • Author(s): Shinohara M, Akagi R, Watanabe A, Kato Y, Sato Y, Morikawa T, Iwasaki J, Nakagawa K, Akatsu Y, Ohtori S, Sasho T.
  • Journal Title: Cartilage Volume: 13 Issue: 3 Pages: 194760352211092-194760352211092
  • DOI: 10.1177/19476035221109227
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Serum Reactive Oxygen Metabolites as a Predictor of Clinical Disease Activity Index, Simplified Disease Activity Index, and Boolean Remissions in Rheumatoid Arthritis Patients Treated With Biologic Agents. (2021)
  • Author(s): Nakajima A, Terayama K, Sonobe M, Akatsu Y, Saito J, Norimoto M, Taniguchi S, Kubota A, Aoki Y, Nakagawa K.
  • Journal Title: Cureus Volume: 19;13(11)
  • DOI: 10.7759/cureus.19759
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Influence of Spondylolysis on Clinical Presentations in Patients With Lumbar Degenerative Disease (2021)
  • Author(s): Aoki Y, Takahashi H, Nakajima A, Inoue M, Kubota G, Nakajima T, Sato Y, Saito J, Nakagawa K, Ohtori S
  • Journal Title: Cureus Volume: 13(1)
  • DOI: 10.7759/cureus.12570
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time Course of Changes in Serum Oxidative Stress Markers to Predict Outcomes for Surgical Treatment of Lumbar Degenerative Disorders (2020)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Saito J, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Taniguchi S, Yamada M, Koyama K, Akiyama Y, Shiga Y, Inage K, Orita S, Eguchi Y, Maki S, Furuya T, Akazawa T, Koda M, Yamazaki M, Ohtori S, Nakagawa K
  • Journal Title: Oxid Med Cell Longev Volume: 24 Pages: 5649767-5649767
  • DOI: 10.1155/2020/5649767
  • Peer Reviewed
• [Presentation] FGF2誘引型絹フィブロイン上におけるヒト間葉系幹細胞の軟骨分化の検討 (2022)
  • Author(s): 山田 学, 中島 新, 園部 正人, 赤津 頼一, 齊藤 淳哉, 乗本 将輝, 小山 慶太, 山本 景一郎, 中野 志保, 吉田 有希, 中川 晃一
  • Organizer: 第37回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] FGF2誘引型絹フィブロインによるヒト間葉系幹細胞の増殖効果 (2021)
  • Author(s): 山田 学, 櫻井香代, 中島 新, 園部正人, 赤津頼一, 齊藤淳哉, 乗本将輝, 小山慶太, 山本景一郎, 玉田 靖, 中川晃一.
  • Organizer: 第36回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] 絹フィブロイン上でのヒト間葉系幹細胞の増殖に対する線維芽細胞増殖因子2の効果 (2020)
  • Author(s): 山田 学、中島 新、園部正人、赤津頼一、齊藤淳哉、乗本将輝、小山慶太、山本景一郎、山川奈々子、梅田 涼、松下容子、玉田 靖、中川晃一
  • Organizer: 第39回日本運動器移植・再生医学研究会
• [Presentation] 絹フィブロイン上でのヒト間葉系幹細胞の増殖に対する線維芽細胞増殖因子2の効果 (2020)
  • Author(s): 山田 学、中島 新、園部正人、赤津頼一、齊藤淳哉、乗本将輝、小山慶太、山本景一郎、山川奈々子、梅田 涼、松下容子、玉田 靖、中川晃一
  • Organizer: 第48回日本関節病学会