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架橋ナノゲルを用いた骨・軟骨オルガノイドの構築と量子ビームによるナノ構造解析

Research Project

Project/Area Number 20K10100
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 57060:Surgical dentistry-related
Research InstitutionKyoto Prefectural University of Medicine

Principal Investigator

山本 俊郎  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40347472)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松田 修  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00271164)
山本 健太  京都府立医科大学, 医学部附属病院, 専攻医 (00636160)
足立 哲也  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (10613573)
金村 成智  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (70204542)
PEZZOTTI G.  京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (70262962)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
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: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル / ラマン分光法 / FT-IR / ナノゲル / 軟骨 / 量子ビーム / 生体アパタイト / シンクロトロン放射光 / ダイレクトリプログラミング / 再生医療 / 骨・軟骨組織
Outline of Research at the Start

本研究では天然多糖由来の新規足場材料 ”多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル(ハイブリッドゲル)”上で、間葉系幹細胞を3次元培養することで、ハイドロキシアパタイトの配向性が一致した骨オルガノイドやプロテオグリカンを多量に含む軟骨オルガノイドを構築し、最終的には動物モデルへ移植することで、顎顔面再生医療への展開を目指すことである。

Outline of Annual Research Achievements

顎骨腫瘍手術後の骨欠損や唇顎口蓋裂(鞍鼻)などに対して、iPS細胞や間葉系幹細胞と足場材料を組織工学的に組み合わせることで構築した骨・軟骨組織(オルガノイド)を移植する顎顔面再生療法についての研究が加速している。良質のオルガノイドを移植することは移植後の予後を左右するため、骨・軟骨基質の質を解析することは極めて重要である。我々は、新規足場材料”多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル”によりオルガノイド構築し、ラマン分光学によりその質を分子レベルで評価することに成功した。しかし、ラマン分析は空間分解能に問題があり、足場材料の化学的性質が組織構築に及ぼす機序を解明するには限界があった。そこで本研究では、原子レベルで化学組成や極微細構造を解析することが可能な量子ビームを用いた解析法により、ハイブリッドゲルの化学組成がオルガノイドの生体力学機能や形態に与える影響を明らかにし、顎顔面領域の再生療法への基盤技術の開発を目指す。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

規足場材料”多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル”上で骨芽細胞および軟骨細胞を3次元培養することで、骨組織を構築することに成功した。また、多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルを細胞移植用の足場材料として、骨欠損モデルに移植したところ結晶性の高い骨組織が形成されることを放射光を使ったFT-IRイメージングにより確認できた。2022年度は多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル上で培養軟骨組織の構築に成功した。2023年度は、透過電子顕微鏡により、石灰化の起点となる基質小胞の検出できるか検証を行った。さらに放射光を利用した赤外分光の高輝度特性を活かし、SN比の高い高分解能の分子イメージングを取得した。ラマンおよびSR FT-IRより、多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル上で構築された再生軟骨組織は、高い強度を有することが明らかとなった。

Strategy for Future Research Activity

今後は、多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルを用いたin vitroおよびin vivoモデルで、良質な軟骨組織が構築されるかを量子ビームを用いた解析法で確認する。透過電子顕微鏡により、石灰化の起点となる基質小胞の検出できるか検証する。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] UCLA(米国)

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  • [Journal Article] Three-Dimensional Culture of Cartilage Tissue on Nanogel-Cross-Linked Porous Freeze-Dried Gel Scaffold for Regenerative Cartilage Therapy: A Vibrational Spectroscopy Evaluation2022

    • Author(s)
      Adachi Tetsuya、Miyamoto Nao、Imamura Hayata、Yamamoto Toshiro、Marin Elia、Zhu Wenliang、Kobara Miyuki、Sowa Yoshihiro、Tahara Yoshiro、Kanamura Narisato、Akiyoshi Kazunari、Mazda Osam、Nishimura Ichiro、Pezzotti Giuseppe
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Issue: 15 Pages: 8099-8099

    • DOI

      10.3390/ijms23158099

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Osteogenic Response to Polysaccharide Nanogel Sheets of Human Fibroblasts After Conversion Into Functional Osteoblasts by Direct Phenotypic Cell Reprogramming2021

    • Author(s)
      Nakai K, Yamamoto K, Kishida T, Kotani SI, Sato Y, Horiguchi S, Yamanobe H, Adachi T, Boschetto F, Marin E, Zhu W, Akiyoshi K, Yamamoto T, Kanamura N, Pezzotti G, Mazda O.
    • Journal Title

      Front Bioeng Biotechnol .

      Volume: Sep 3;9:713932 Pages: 713932-713932

    • DOI

      10.3389/fbioe.2021.713932

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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] In Vivo Regeneration of Large Bone Defects by Cross-Linked Porous Hydrogel: A Pilot Study in Mice Combining Micro Tomography, Histological Analyses, Raman Spectroscopy and Synchrotron Infrared Imaging2020

    • Author(s)
      Adachi Tetsuya、Boschetto Francesco、Miyamoto Nao、Yamamoto Toshiro、Marin Elia、Zhu Wenliang、Kanamura Narisato、Tahara Yoshiro、Akiyoshi Kazunari、Mazda Osam、Nishimura Ichiro、Pezzotti Giuseppe
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 13 Issue: 19 Pages: 4275-4275

    • DOI

      10.3390/ma13194275

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Molecular Fingerprint Imaging to Identify Dental Caries Using Raman Spectroscopy2020

    • Author(s)
      Miyamoto Nao、Adachi Tetsuya、Boschetto Francesco、Zanocco Matteo、Yamamoto Toshiro、Marin Elia、Somekawa Shota、Ashida Ryutaro、Zhu Wenliang、Kanamura Narisato、Nishimura Ichiro、Pezzotti Giuseppe
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 13 Issue: 21 Pages: 4900-4900

    • DOI

      10.3390/ma13214900

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルによる骨再生と分光学的手法を用いた骨質の分析2023

    • Author(s)
      足立哲也, 田原 義朗, 今村 隼大, 山本 俊郎, 松田 修, Giuseppe Pezzotti , 秋吉 一成,金村 成智
    • Organizer
      第45回日本バイオマテリアル学会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ナノゲル工学を基盤技術とした免疫療法および再生医療の開発2022

    • Author(s)
      足立 哲也, 田原 義朗, 宮本 奈生, 新屋 政春, 山本 俊郎, Giuseppe Pezzotti, 秋吉 一成, 松田 修,金村 成智
    • Organizer
      2022年度砥粒加工学会学術講演会(ABTEC2022)
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] In vivo regeneration of large bone defects by nanoClip gel2022

    • Author(s)
      Adachi T, Tahara T, Miyamoto N, Imamura H, Yamamoto T, Akiyoshi K, Pezzotti G, Mazda O, Kanamura N
    • Organizer
      100th Genaral Session & Exhibition of The IADR(China)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In vivoにおける多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルによる配向性を有する骨組織の再生2021

    • Author(s)
      足立 哲也, 宮本 奈生, 足立 圭司, 山本 俊郎, 金村 成智
    • Organizer
      第154回日本歯科保存学会学術大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ラマン分光法を用いた生体組織・病原体の解析と診断技術への応用2021

    • Author(s)
      足立 哲也, 宮本 奈生, 山本 俊郎, PEZZOTTI Giuseppe, 金村 成智
    • Organizer
      砥粒加工学会学術講演会 2021
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      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 生体アパタイトの結晶構造に着目した新規医療技術開発2021

    • Author(s)
      足立 哲也, 山本 俊郎, 金村 成智
    • Organizer
      無機リン化学討論会2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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