Project/Area Number |
21K09237
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 56020:Orthopedics-related
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Research Institution | Keio University |
Principal Investigator |
岩本 卓士 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (10348675)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 健史 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 教授 (70383768)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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Keywords | 外傷性異所性骨化 / 炎症性サイトカイン / TNF-α / Rapamycin / 異所性骨化 / 外傷 / サイトカイン |
Outline of Research at the Start |
外傷性の異所性骨化は、骨折・脱臼などの外傷に対する観血的手術後に生じることがあり、重度の関節拘縮・強直を引き起こし著明な日常生活動作の低下につながる。詳細な発生機序は不明であることから、確立した治療法および予防法がなく治療に難渋する。本研究は外傷性異所性骨化モデルマウスを作成し、様々なサイトカイン環境下での骨化病巣の評価を定量的および定性的に行うことで異所性骨化に対する炎症性サイトカインの関与を検討する。さらに同定された候補サイトカインをターゲットとした阻害薬の投与をモデルマウスに行い、外傷性異所性骨化の病態解明に加えて新規治療法を探索することを本研究の最終目標とする。
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Outline of Annual Research Achievements |
外傷性異所性骨化は重度の関節拘縮・強直を引き起こし著明な日常生活動作の低下につながる。治療として異所性骨化部位の外科的切除を行っても再度骨化を生じる場合も多く、確立した治療法および予防法がないため治療に難渋する。本研究は外傷性異所性骨化モデルマウスを作成し、様々なサイトカイン環境下での骨化病巣の評価を定量的および定性的に行うことで異所性骨化に対する炎症性サイトカインの関与を検討し、同定された候補サイトカインをターゲットとした新規治療法の探索を目的とする。は第1段階としてアキレス腱切断マウスを外傷性異所性骨化モデルマウスとして作成する手技を確立し、各種の炎症性サイトカインノックアウトマウス(TNF-αKOマウス、I L- 6KOマウス、IL-1β KOマウス)に同様の手技を行いコントロール群との比較を行ったところ、アキレス腱切断後10週での異所性骨化部の体積量がTNF-αKOマウスにおいて有意差をもって小さいという結果が得られた。同時に新規治療薬候補の探索として進行性骨化性線維異形成症の治療薬として臨床使用されているRapamycin (mTOR阻害薬) をアキレス腱切断マウスに投与したところ、10週での石灰化体積が抑制されていた。これらのモデルマウスから得られた結果を詳細に解析し、術後1週間後の腱切断部において、腱細胞の活性化を示すmTORリン酸化の有意な上昇を検出した。さらにmTORの上流で機能することが知られているTNFαを発現するF4/80陽性マクロファージが解剖部位に集積すること、野生型マウスに抗炎症剤であるセレコキシブまたはロキソプロフェンを投与すると、異所性骨化が有意に抑制されることを示した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は研究の第2段階として異所性骨化に対するTNF-αおよびRapamycinの作用を詳細に検証する計画であった。in vitroでは骨形成細胞培地にTNF-αを添加し、骨芽細胞系マーカーや破骨細胞系マーカーの発現量変化を定量するin vitroの実験を開始し、in vivoではアキレス腱切断部の病理組織切片の免疫組織染色により局所でのサイトカイン発現を確認した。術後1週間後の腱切断部において、腱細胞の活性化を示すmTORリン酸化の有意な上昇を検出し、さらにmTORの上流で機能することが知られているTNFαを発現するF4/80陽性マクロファージが解剖部位に集積することから、TNF-αおよびmTORが外傷性異所性骨化の発症に関与することを証明 することができた。
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Strategy for Future Research Activity |
第3段階としては、Rapamycin以外にも臨床応用可能な阻害薬を異所性骨化モデルマウスに投与し、異所性骨化に対する予防効果を検討する。候補となる阻害薬としては、異所性骨化に対する抑制効果がこれまでに報告されている非ステロイド系消炎鎮痛剤、ステロイド、骨代謝に関与するビスフォスフォネート製剤、抗RANKLモノクローナル抗体、そして抗サイトカイン療法として近年広く臨床応用されている抗TNF-α抗体などを外傷性異所性骨化モデルマウスに投与し、異所性骨化抑制効果をマイクロCTによる定量化および組織学的評価により確認する。現段階で野生型マウスに抗炎症剤であるセレコキシブまたはロキソプロフェンを投与すると、異所性骨化が有意に抑制されることを示しており、今後各種薬剤での検討を追加する予定である。以上により外傷性異所性骨化の病態解明と新規治療法の候補を探索することを本研究の最終目標とする。以上の研究計画は研究開始当初の予定通りであり、研究を遂行する上での問題点はない。
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