筋由来エクソソームの骨修復・骨代謝への影響

• Project/Area Number: 21K09240
• 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: Kindai University
• Principal Investigator: 高藤 義正 近畿大学, 医学部, 講師 (90734864)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶 博史 近畿大学, 医学部, 教授 (90346255)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: エクソソーム / 筋・骨連関 / 糖尿病 / 骨修復 / 骨粗鬆症 / 骨再生 / 骨代謝 / miRNA

Outline of Research at the Start

本研究では、骨格筋と骨の間の相互作用(筋・骨連関)におけるエクソソームの役割に着目し、骨損傷後の骨修復・再生や骨粗鬆症に対する筋由来エクソソーム(Myo-exo)の投与効果と作用機序の解明を目指す。さらに、Myo-exoに内包されるmiRNAを網羅的に解析し、その生理作用を検討することでMyo-exo中の責任因子の同定を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、筋と骨の連関におけるエクソソーム(exo)の関与に着目し、筋細胞由来exo(Myo-exo)の骨への作用について検討を進めてきた。これまでに、in vitroの実験系でMyo-exoが骨芽細胞分化促進、破骨細胞形成抑制に寄与することを明らかにした。さらに昨年度の検討で、大腿骨欠損モデルマウスを用いてMyo-exoの局所移植が、糖尿病で誘発される骨修復遅延を改善することが明らかとなった。本年度は、Myo-exoが骨修復・再生過程に作用するメカニズムの解明に取り組むとともに、骨粗鬆症に対するMyo-exoの全身投与の効果についても検討を行った。
健常マウスおよび糖尿病モデルマウスの大腿骨に0.8mm径の欠損を作製し、生分解性ゼラチンシートにMyo-exoを含侵して局所移植した。移植4日後のマウス大腿骨欠損の組織切片を作製し、骨形成初期のマーカーであるOsterixについて免疫染色を行った。その結果、骨欠損部におけるOsterix陽性細胞数は糖尿病で有意に減少したが、Myo-exoの移植によって健常マウスと同等レベルまで有意に回復した。さらに、マウス間葉系ST2細胞を用いた検討で、AGE3や高グルコース条件で低下するOsterix発現がMyo-exo添加群では有意に改善した。したがって、Myo-exoは骨欠損部における骨芽細胞の動員や幹細胞からの分化促進によって骨修復改善に寄与したと推察される。
また、骨粗鬆症に対するMyo-exoの作用について検討するため、両側卵巣を摘出した閉経後骨粗鬆症モデルマウスを作製した。各マウスに8週間にわたり週1回Myo-exoを全身(腹腔)投与を行い、脛骨・大腿骨における皮質骨密度、海綿骨密度を計測した結果、骨粗鬆症モデルマウスでは骨密度が有意に低下したが、Myo-exoの全身投与による骨密度への有意な作用は認められなかった。

Research Products

• [Journal Article] Extracellular vesicles secreted from mouse muscle cells improve delayed bone repair in diabetic mice (2023)
  • Author(s): Takafuji Yoshimasa、Kawao Naoyuki、Ohira Takashi、Mizukami Yuya、Okada Kiyotaka、Jo Jun-Ichiro、Tabata Yasuhiko、Kaji Hiroshi
  • Journal Title: Endocrine Journal Volume: 70 Issue: 2 Pages: 161-171
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ22-0340
  • ISSN: 0918-8959, 1348-4540
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 筋細胞由来細胞外小胞は糖尿病マウスの 骨修復・再生遅延を改善する (2022)
  • Author(s): 高藤義正、河尾直之、 奥本 勝美、 大平宇志、 水上優哉、 城潤一郎、 田畑泰彦、 梶博史
  • Organizer: 第21回 日本再生医療学会総会
• [Presentation] マウス骨格筋細胞が産生するエクソソームは糖尿病による骨修復遅延を改善する (2022)
  • Author(s): 高藤義正、河尾直之、奥本勝美、大平宇志、水上優哉、岡田清孝、城 潤一郎、田畑泰彦、梶 博史
  • Organizer: 第40回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] 筋細胞由来細胞外小胞は糖尿病マウスの 骨修復・再生遅延を改善する (2022)
  • Author(s): 高藤 義正, 河尾 直之, 奥本 勝美, 大平 宇志, 水上 優哉, 城 潤一郎, 田畑 泰彦, 梶 博史
  • Organizer: 第21回 日本再生医療学会総会
• [Presentation] 筋・骨連関に関与するエクソソームのmiRNA解析 (2021)
  • Author(s): 高藤義正, 辰巳公平, 水上優哉, 河尾直之, 岡田清孝, 村谷匡史, 梶博史
  • Organizer: 第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] 筋・骨連関に関わる細胞外小胞とmiRNAの解析 (2021)
  • Author(s): 高藤義正, 辰巳公平, 水上優哉, 河尾直之, 岡田清孝, 村谷匡史, 梶博史
  • Organizer: 第8回日本細胞外小胞学会学術集会
• [Presentation] Transplantation of combined muscle cell-derived extracellular vesicles and gelatin hydrogel improves bone repair delayed in diabetic mice (2021)
  • Author(s): Takafuji Y, Kawao N, Mizukami Y, Okada, K, Jo J, Tabata Y, Kaji H
  • Organizer: The International Society for Stem Cell Research 2021 Tokyo Symposium
  • Int'l Joint Research