生体イメージングとバイオインフォマティクスで解き明かす歯牙移動の制御

Research Project

Project/Area Number	21K10160
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	Okayama University
Principal Investigator	石原嘉人岡山大学, 歯学部, 客員研究員 (70549881)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中條真奈 (橋本真奈) 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (80824581)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords	歯根膜 / メカニカルストレス / カルシウムシグナル / バイオインフォマティクス / 歯の移動 / イメージング
Outline of Research at the Start	本研究は、歯科医学での初の試みとしてメカニカルストレスに対する細胞応答を、周囲組織を含む生きた歯根膜内でリアルタイムに解析を試みる。同時に、バイオインフォマティクスを用いて得られた骨代謝とCa2+シグナルに共通する変動因子との情報統合を行い、歯根膜を介した骨代謝調節因子を見出すことで歯の移動制御という臨床応用への基盤構築を目的とする。
Outline of Annual Research Achievements	矯正歯科臨床で生じる歯の移動には、周囲の骨改造が必要となり、歯へのメカニカルストレスがそのプロセスの起点となる。歯根膜は歯へのメカニカルストレスを感受する組織である。歯の移動には歯根膜を介した骨代謝調節機構が必要であると考えられてきたが、そのメカニズムは依然解明されていない点が多い。本研究は、歯根膜のメカニカルストレスを介したCa2+シグナルの動態について生体周囲環境を残した生きた組織で解析し、バイオインフォマティクスで得られた骨代謝とCa2+シグナルに共通する変動因子と情報統合することで、臨床応用へ繋がる歯の移動制御メカニズムを明らかにすることを目的とする。令和3年度の研究成果において、矯正治療患者の便宜抜去小臼歯から歯根膜組織を採取し、生細胞内Ca2+蛍光指示薬で組織内に存在する歯根膜細胞を生きた状態のまま蛍光標識することに成功した。令和4年度の研究計画では、まず共焦点レーザー顕微鏡を用いた連続断層撮影によって3次元構築を行い、さらに経時的な時間情報を取得し、Ca2+の変動を4次元で捉えることを目標にしていた。その結果、短時間において立体構築した細胞の経時的な挙動を捉えることに成功したものの、長時間での変化を追うことは非常に困難を極めている。その大きな理由として、観察中の蛍光色素の退色が想定以上に大きい事と、観察組織の固定が安定しないためデータの定量化に問題が生じることが挙げられる。これらの問題点については、観察手法や時間軸の設定変更を検討している。また、３次元構築とタイムラプス観察を同時ではなく別々に行う事についても検討中である。今後は実験条件の最適化を図る一方で、上記実験で得られた研究結果とMicroarrayによる網羅的な遺伝子発現解析および未知遺伝子を含むトランスクリプトーム解析へと発展させていく予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 新型コロナウイルス感染状況に伴い、実験の進捗に支障を来した事がその一番の理由となる。この点については令和5年度より5類相当へ変更されるため、状況はかなり変化する事が予想される。また岡山大学歯学部棟の改修に際し、令和４年度から中心となって行っている実験室が使用出来なくなった事も大きく影響している。
Strategy for Future Research Activity	今後はヒト歯根膜組織の採取頻度を継続して増やすことで進捗状況の改善を図る。また、長時間での検討に技術上の障壁があるため、当初案で計画していたタイムラプスの設定をより短時間に変更することも視野に入れている。上記実験で得られたカルシウムシグナルの結果と並行してメカニカルストレスを負荷したヒト歯根膜からmRNAを抽出し、メカニカルストレス群ならびに対照群についてMicroarrayによる網羅的な遺伝子発現解析を行う。