Elucidation of bone marrow formation ability of BMP-2 by photogene manipulation technology

• Project/Area Number: 20K23110
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0907:Oral science and related fields
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: TANAKA YUKIE 岡山大学, 大学病院, 医員 (20884836)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); 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: BMP-2 / 骨髄形成 / 細胞トラッキング技術 / オプトジェネティク / オプトジェネティクス

Outline of Research at the Start

BMP-2背部皮下移植により形成された異所性骨の解析を 行った結果，骨髄において造血幹細胞ニッチを形成し，間葉系幹細胞 (MSC)としてもはたらくCXCL12- abundant reticular cells (CAR 細胞)が存在することを発見し，BMP-2が骨髄形成能をもつ可能性を見出した.BMP-2によって異所性に誘導されたCAR細胞は正常な骨髄と同様に造血幹細胞ニッチの機能を有しているか，またBMP-2によりどのようにしてCAR細胞が動員・誘導されるのかは不明である.本研究では，細胞トラッキングとオプトジェネティクスというマウス遺伝子工学技術を応用し骨髄形成メカニズムを解明する.

Outline of Final Research Achievements

Hematopoiesis is known to be a major role of bone. However, it is unclear whether BMP-2-induced bone has functions as a hematopoietic organ. In this study, we investigated the details of cellular composition and hematopoietic function of BMP-2-induced bone. Histological and flow cytometric analysis revealed that BMP-2-induced bone had a sinusoidal structure similar to that of the femur and contained not only osteoblasts and osteoclasts but also hematopoietic stem cells and various progenitor cells. In addition, hematopoietic stem cells in BMP-2-induced bone were confirmed to have hematopoietic function by bone marrow transplantation experiments. These results indicate that BMP-2 is a protein that can form bone marrow with physiological functions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

BMP-2の強力な骨形成能は周知の事実であるが，骨髄形成能という新たな機能を見出し，そのメカニズムを解明する研究は世界的にも皆無であり，本研究は学術的独自性が非常に高いと考える.また，骨髄ニッチ形成細胞の一つであるCAR細胞がMSCとしての機能を持ち合わせており，MSC移植が免疫疾患治療として臨床応用されていることから考えると，CAR細胞の動員・誘導のメカニズムを明らかにすることは，骨免疫学と骨髄生物学を融合した新たなCAR細胞生物学やそれに基づく治療法を創造することに貢献できる.

Research Products

• [Journal Article] Preclinical bioequivalence study of E.coli-derived rhBMP-2/β-TCP and autogenous bone in a canine guided-bone regeneration model (2022)
  • Author(s): Nosho Shuji, Ono Mitsuaki, Komori Taishi, Mikai Akihiro, Tosa Ikue, Ishibashi Kei, Tanaka Yukie, Kimura-Ono Aya, Hara Emilio S, Oohashi Toshitaka, Kuboki Takuo
  • Journal Title: Journal of Prosthodontic Research Volume: 66 Issue: 1 Pages: 124-130
  • DOI: 10.2186/jpr.JPR_D_20_00226
  • NAID: 130008140800
  • ISSN: 1883-1958, 1883-9207
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Suppression of Bone Necrosis around Tooth Extraction Socket in a MRONJ-like Mouse Model by E-rhBMP-2 Containing Artificial Bone Graft Administration (2021)
  • Author(s): Tanaka Yukie、Aung Kyaw Thu、Ono Mitsuaki、Mikai Akihiro、Dang Anh Tuan、Hara Emilio Satoshi、Tosa Ikue、Ishibashi Kei、Ono-Kimura Aya、Nawachi Kumiko、Kuboki Takuo、Oohashi Toshitaka
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 22 Issue: 23 Pages: 12823-12823
  • DOI: 10.3390/ijms222312823
  • NAID: 120007183234
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] MRONJ様病変誘発モデルマウスの抜歯窩へのE-rhBMP-2含有骨補填剤移植が抜歯窩周囲骨の骨壊死を抑制する. (2021)
  • Author(s): 田仲由希恵, 三海晃弘, 大野充昭, 土佐郁恵, 納所秋二, 大野 彩, 窪木拓男,大橋俊孝
  • Organizer: 第51回公益社団法人 日本口腔インプラント学会学術大会
• [Presentation] 薬剤関連顎骨壊死様モデルマウスにおけるE-rhBMP-2の治療効果の検討. (2021)
  • Author(s): 三海晃弘, 大野充昭,土佐郁恵, 納所秋二, 大野 彩，縄稚久美子，田仲由希恵，大橋俊孝，窪木拓男
  • Organizer: 令和3年度公益社団法人日本補綴歯科学会第130回学術大会
• [Presentation] 骨髄細胞がBMP-2，FGF-2の骨形成能に与える影響の検討. (2021)
  • Author(s): 納所秋二，大野充昭，土佐郁恵，石橋 啓，三海晃弘，田仲由希恵, 大野 彩，小盛大志，前川賢治, 大橋俊孝，窪木拓男
  • Organizer: 令和3年度公益社団法人日本補綴歯科学会第130回学術大会
• [Presentation] rhBMP-2，rhFGF-2の骨形成能は移植部位に存在する骨髄組織の影響を受ける. (2021)
  • Author(s): 納所秋二，大野充昭，土佐郁恵，石橋 啓，田仲由希恵，大野 彩，大橋俊孝，窪木拓男
  • Organizer: 第51回公益社団法人日本口腔インプラント学会学術大会.