Search for optimal transplantation conditions of primary dental pulp stem cells and establishment of regenerative treatment for cleft palate using cold laser

• Project/Area Number: 20K10226
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57070:Developmental dentistry-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Tsuka Yuji 広島大学, 病院(歯), 助教 (50737682)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷本 幸太郎 広島大学, 医系科学研究科(歯), 教授 (20322240) ; 阿部 崇晴 広島大学, 病院(歯), 助教 (20806682) ; 國松 亮 広島大学, 医系科学研究科(歯), 准教授 (40580915)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); 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: 骨再生 / SHED / レーザー / 骨移植 / 超短パルス半導体レーザー / ダイオードレーザー / コールドレーザー / 再生医療 / パルスレーザー / 口唇裂・口蓋裂

Outline of Research at the Start

口唇裂・口蓋裂 (CLP) は、頭蓋顎顔面領域において、高い発現率を示す先天性異常である。骨架橋の確立などを目的として、同部への腸骨海綿骨移植が学齢期に行われる。しかしながら、腸骨採取時の外科的侵襲は患者の大きな負担となり、腸骨採取後の疼痛とそれに伴う歩行障害など種々の問題が伴うのも現状である。乳歯から細胞採取が可能なヒト乳歯歯髄由来のstem cells from human exfoliated deciduous teethを用い、侵襲性のない骨再生能を活性化させる可能性のあるコールドレーザーを併用することで、CLP 患者の顎裂閉鎖治療を低侵襲で行える、新規治療法の確立を目指す。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we focused on stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) derived from the dental pulp of human deciduous teeth and verified which cell populations among the stem cells contained in the dental pulp are involved in bone regeneration. A CD146-positive cell population and a CD146-negative cell population were isolated and cultured from SHED. In vivo transplantation was performed using a mouse bone defect model. Transplantation of CD146-positive and SHED heterogeneous populations resulted in significantly higher bone regeneration, demonstrating that it promotes bone regeneration and angiogenesis. In addition, it was clarified that bone regeneration was induced by the combined use of carbonate hydroxyapatite and SHED.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で用いているstem cells from human exfoliated deciduous teethは、ヒト乳歯歯髄由来であり、低侵襲かつ簡便に細胞採取が可能である。これらの細胞の培養および生体内移植が可能になれば、現在行っている移植術に大きな影響を与える。例えば口蓋裂を有する患者の顎裂部に自家腸骨海綿骨移植等を行うため、ドナーサイトにおける疼痛や神経損傷による歩行障害といった問題が起こるがこれらを解消することができる。これは大きな社会的意義があると言える。また、これらを応用することにより、より高度な骨再生分野の手がかりになり得ることは学術的に意義があると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Combination of carbonate apatite and stem cells from human deciduous teeth promotes bone regeneration by enhancing BMP2, VEGF, and CD31 expression in immunodeficient mice (2022)
  • Author(s): Putranti NAR., Rikitake K., Hiraki T., Nakajima K., Abe T., Tsuka Y., Sakata S., Nakatani A., Nikawa H., Tanimoto K.
  • Journal Title: Cells Volume: 11(12) Issue: 12 Pages: 1914-1914
  • DOI: 10.3390/cells11121914
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-frequency near-infrared diode laser irradiation suppresses IL-1β-induced inflammatory cytokine expression and NF-κB signaling pathways in human primary chondrocytes (2022)
  • Author(s): Sakata S., Kunimastu R., Tsuka Y., Nakatani S., Gunji H., Yanoshita M., Kado I., Ito S., Putranti NAR., RC Prasetya., Hirose N., Tanimoto K.
  • Journal Title: Lasers Medical Science Volume: 37 Issue: 2 Pages: 1193-1201
  • DOI: 10.1007/s10103-021-03371-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of CD146+ SHED on bone regeneration in a mouse calvaria defect model (2021)
  • Author(s): Rikitake K., Kunimatsu R., Yoshimi Y., Nakajima K., Hiraki T., Putranti NA., Tsuka Y., Abe T., Ando K., Hayashi Y., Nikawa H., Tanimoto K
  • Journal Title: Oral Dis Volume: - Issue: 2 Pages: 725-734
  • DOI: 10.1111/odi.14020
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Examination of the effect of combined use of Er:YAG laser irradiation and mechanical force loading on bone metabolism using primary human gingival fibroblasts (2020)
  • Author(s): Tsuka Y, Kunimatsu R, Gunji H, Abe T, Medina CC, Hiraki T, Nakatani A, Sakata S, Rikitake K, Aisyah PN, Hirose N, Yanosita M, Tanimoto K.
  • Journal Title: Lasers Med Sci Volume: 35(9) Issue: 9 Pages: 2059-2064
  • DOI: 10.1007/s10103-020-03079-y
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヒト軟骨細胞に惹起された炎症に対する高周波近赤外半導体レーザー照射の影響 (2022)
  • Author(s): 坂田修三, 國松亮, 柄優至, 中谷文香, 谷本幸太郎
  • Organizer: 第34回日本レーザー歯学会総会・学術大会
• [Presentation] 高周波近赤外線領域半導体レーザー照射がヒト培養セメント芽細胞の骨分化能に及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 中谷文香, 國松亮, 柄優至, 坂田修三, 谷本幸太郎
  • Organizer: 第34回日本レーザー歯学会総会・学術大会
• [Presentation] CD146 陽性乳歯歯髄由来間葉系幹細胞の骨分化能についての評価 (2022)
  • Author(s): 力武航大, 國松亮, 吉見友希, 中島健吾, 平木智香, Putranti NAR., 柄優至, 阿部崇晴, 安藤和代, 谷本幸太郎
  • Organizer: 第81回日本矯正歯科学会学術大会＆第9回日韓ジョイントシンポジウム
• [Presentation] 乳歯歯髄由来間葉系幹細胞および炭酸アパタイト担体を併用した骨再生治療への応用 (2022)
  • Author(s): Putranti NAR., 國松亮, 力武航大, 平木智香, 吉見友希, 中島健吾, 柄優至, 阿部崇晴, 坂田修三, 中谷文香, 二川浩樹, 谷本幸太郎
  • Organizer: 第81回日本矯正歯科学会学術大会＆第9回日韓ジョイントシンポジウム
• [Presentation] 乳歯歯髄由来間葉系幹細胞および炭酸アパタイト担体を併用した骨再生治療への応用 (2022)
  • Author(s): Putranti NAR., 國松亮, 力武航大, 平木智香, 吉見友希, 中島健吾, 柄優至, 阿部崇晴, 坂田修三, 中谷文香, 二川浩樹, 谷本幸太郎
  • Organizer: 第61回広島県歯科医学会・第106回広島大学歯学会例会
• [Presentation] CD146 陽性乳歯歯髄由来間葉系幹細胞を用いた骨再生治療への応用 (2021)
  • Author(s): 力武航大, 國松亮,吉見友希, 中島健吾, 平木智香, Putranti NAR., 柄優至, 阿部崇晴, 安藤和代, 林陽子, 二川浩樹, 谷本幸太郎
  • Organizer: 第80 回日本矯正歯科学会大会・第5 回国際会議
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高周波近赤外半導体レーザー照射がヒト軟骨細胞の炎症サイトカインに及ぼす影響 (2021)
  • Author(s): 坂田 修三, 國松亮, 柄優至, 中谷文香, Putranti NAR., 矢野下真, 廣瀬尚人, 谷本幸太郎
  • Organizer: 第80 回日本矯正歯科学会大会・第5 回国際会議
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒト初代培養軟骨細胞における炎症性サイトカインおよびマトリックスメタロプロテアー ゼの IL-1β誘導性発現に対する高周波近赤外半導体レーザー照射の影響 (2021)
  • Author(s): 坂田修三, 國松 亮, 柄優至, 中谷文香, Putranti NAR., 矢野下真, 廣瀬尚人, 谷本幸太郎
  • Organizer: 第34 回日本顎 関節学会学術大会
• [Presentation] ヒト乳歯歯髄由来間葉系幹細胞の培養上清は骨再生を促進させる－培養上清タンパク成分の 解析－ (2020)
  • Author(s): 平木智香，國松亮，中島健吾，阿部崇晴，柄優至，谷本幸太郎
  • Organizer: 第44 回日本口蓋裂 学会総会
• [Presentation] Comparative characterization of stem cells from human exfoliated deciduous teeth, dental pulp, and bone marrow-derived mesenchymal stem cells (2020)
  • Author(s): Rikitake K., Kunimatsu R., Nakajima K., Ando K., Hiraki T., Tsuka Y., Abe T., N.A.R. Putranti., Tanimoto K.
  • Organizer: The 9th International Orthodontic Congress, The 12th Asian Pacific Orthodontic Congress
• [Presentation] Success rates in isolating mesenchymal stem cells from permanent and deciduous teeth (2020)
  • Author(s): N.A.R. Putranti., Kunimatsu R., Nakajima K., Ando K., Hiraki T., Rikitake K., Tsuka Y., Abe T., Tanimoto K.
  • Organizer: The 9th International Orthodontic Congress, The 12th Asian Pacific Orthodontic Congress