乳歯歯髄幹細胞由来エクソソームの機能解析と顎裂部骨再生誘導への応用

• Project/Area Number: 21K10186
• 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: 谷本 幸太郎 広島大学, 医系科学研究科(歯), 教授 (20322240)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉子 裕二 広島大学, 医系科学研究科(歯), 教授 (20263709) ; 加藤 功一 広島大学, 医系科学研究科(歯), 教授 (50283875) ; 國松 亮 広島大学, 医系科学研究科(歯), 准教授 (40580915)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); 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: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 歯科矯正学 / 再生医療 / エクソソーム

Outline of Research at the Start

本研究は、乳歯歯髄由来未分化間葉系幹細胞(SHED)から産生されるエクソソーム(SHED-Ex）の骨誘導能を明らかにするとともに、臨床的には口唇裂・口蓋裂(CL/P)における顎裂部の骨再生医療に応用することを目的とする。そのために、SHED-Exに内包されているmiRNAを解析し、再生部位における細胞の増殖や分化に対するSHED-Exの役割を明らかにする。さらに、未焼結炭酸アパタイト(CAP)担体にSHED-Exを含有させ、骨欠損部に移植することにより、矯正的な歯の移動が可能なCL/P顎裂閉鎖に最適化した骨再生誘導法を確立する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、乳歯歯髄由来未分化間葉系幹細胞(SHED)から産生されるエクソソーム(SHED-Ex)の骨誘導能を明らかにするとともに、臨床的には口唇裂・口蓋裂 (CL/P)における顎裂部の骨再生医療に応用することを目的とする。MSCs-Exが内包するmiRNAは、MSCs由来組織や分化段階等により発現プロファイルが変化し、分子生物学的特性に重要な影響を及ぼすと考えられる。
初年度（2021年度）では、SHEDの確実な単離、培養を達成するための条件検討を行った。乳歯歯髄から単離された細胞は、表面抗原によりいくつかのタイプに分類され、CD146陽性細胞には再生組織の血管新生が促進されることが示唆された。血管内皮細胞との相互作用が骨再生に重要な役割を果たすことが推察され、骨形成に有利な条件が備わっていることが示唆された。
そこで、2022年度では、特徴的なSHEDの機能発現のメカニズムの一つと推察されるエクソソームの解析を行った。SHED培養上清からのSHED-Exの分離条件を確立するとともに、その性質について検討した。その結果、得られたSHED-Exの粒子径は60-90 nmであり、培養液中に添加することにより骨髄由来未分化間葉幹細胞の石灰化能を亢進させることが明らかとなった。また、本作用はMAPK経路を介していることが示唆された。そこで、SHED-Exの特徴を解明するために、永久歯歯髄由来の未分化間葉系幹細胞(DPSC)からエクソソーム（DPSC-Ex）を分離し、比較検討を試みている。両者の機能的な差異を明らかにし、さらにその内包成分の比較検討をすることにより、骨再生誘導に最適な機能を有するMSCs-Exを特定する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

乳歯歯髄由来未分化間葉系幹細胞(SHED)の安定的な単離、培養ができており、2022年度において、さらにSHEDから産生されるエクソソーム(SHED-Ex)の分離条件を確立し、その解析ができるようになったことは、大きな成果である。また、SHED-Exが骨髄由来未分化間葉系幹細胞（BMSC）石灰化能を高めることが明らかにした。さらに、SHED-Exの特徴を解明するために、永久歯歯髄由来の未分化間葉系幹細胞(DPSC)からエクソソームDPSC-Exを分離し、両者を比較しようとしているが、まだ安定した結果が得られていない。幹細胞の単離条件、およびエクソソームの分離条件をさらに詳細に検討する必要があることから、おおむね順調と評価した。

Strategy for Future Research Activity

SHED-Exが骨髄由来未分化間葉系幹細胞（BMSC）石灰化能を高めることが明らかとなったことから、今後はSHED-Exの特徴を明らかにすることを目的とした検討を行う。最初に、永久歯歯髄由来の未分化間葉系幹細胞のエクソソーム（DPSC-Ex）を比較対象とする。永久歯と乳歯は同じ歯であっても性質が異なることから、これらの歯髄由来のDPSC-ExとSHED-Exは類似点と特徴的な相違点をそれぞれ有することが推察される。それぞれのエクソソームの内包物の構成を比較することにより、特に石灰化能に影響を与えている要素を特定することを今後の研究の推進方策とする。

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] Effects of Human Deciduous Dental Pulp-Derived Mesenchymal Stem Cell-Derived Conditioned Medium on the Metabolism of HUVECs, Osteoblasts, and BMSCs (2022)
  • Author(s): Kunimatsu R., Hiraki T., Rikitake K., Nakajima K., Putranti NAR., Abe T., Ando K., Nakatani A., Sakata S., Tanimoto K.
  • Journal Title: Cells Volume: 11(20) Issue: 20 Pages: 3222-3222
  • DOI: 10.3390/cells11203222
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Study of Alveolar Bone Remodeling Using Deciduous Tooth Stem Cells and Hydroxyapatite by Vascular Endothelial Growth Factor Enhancement and Inhibition of Matrix Metalloproteinase-8 Expression in vivo (2022)
  • Author(s): Saskianti Tania、Nugraha Alexander Patera、Prahasanti Chiquita、Ernawati Diah Savitri、Tanimoto Kotaro、Riawan Wibi、Kanawa Masami、Kawamoto Takeshi、Fujimoto Katsumi
  • Journal Title: Clinical, Cosmetic and Investigational Dentistry Volume: Volume 14 Pages: 71-78
  • DOI: 10.2147/ccide.s354153
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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
• [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 (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46回日本口蓋裂学会総会・学術集会
• [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
  • Int'l Joint Research
• [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
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 歯髄由来間葉系幹細胞のエクソソームが骨髄由来間葉系幹細胞に及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 阿部崇晴, 國松亮, 伊藤翔太, 坂田修三, 力武航大, Putranti NAR., 柴田梨央, 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] 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