PhotobiomodulationとES細胞由来MSCを用いた再生療法の新戦略

• Project/Area Number: 21K19590
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 57:Oral science and related fields
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 片桐 さやか 東京医科歯科大学, 歯学部附属病院, 准教授(キャリアアップ) (60510352)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩田 隆紀 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (60431946) ; 青木 章 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30302889)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: photobiomodulation / 光エネルギー / ES細胞 / MSC / 歯周病

Outline of Research at the Start

申請者らは歯根膜組織由来間葉系幹細胞（PDL-MSC）の臨床研究を行い、安全性と有効性を確認したが、PDL-MSCの確保に抜歯が必須であるため、新たな細胞ソースとしてES細胞由来MSCに注目した。しかし、PDL-MSCとES細胞由来MSCの遺伝子発現が異なり、同等の効果を見込めない可能性がある。そこでMSCを活性化させるphotobiomodulation効果を利用し、PDL-MSCの歯周組織再生能以上のphotobiomodulation活性型ES細胞由来MSCの樹立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

現在一般的に臨床応用されている細胞をリソースとしないサイトカインや成長因子などを応用した歯周組織再生療法は、再生の範囲に限界がある。再生の適応範囲を広げるため、自己歯根膜組織由来幹細胞（PDL-MSC）をシート状に加工してヒトへの移植を実施し、安全性と有効性を申請者らは確認している。PDL-MSCの確保には患者の抜歯が必要不可欠であり、また、iPS細胞には遺伝子変異のリスクがあることから、免疫拒絶のないMSCの細胞ソースとしてES細胞に注目した。
レーザーはphotobiomodulationなどの生物学的効果を持つことが明らかになっている。すでにMSCにレーザーを照射することによって、照射条件によって細胞増殖が促進すること、未分化マーカーであるOCT4の発現が上昇すること、骨分化に有利となるRunx2、Osterixの発現上昇および石灰化が促進することが明らかになっており、照射条件によってMSCの分化制御を行える可能性が考えられる。
ES細胞への適応の前段階として、PDL-MSCに対してEr:YAGレーザー照射による光エネルギーの応用を評価した。6Jもしくは8Jでの照射によって、細胞増殖活性が増殖すること、また、3J、6Jでの照射では、照射回数によっては石灰化誘導を促進すること、分化に関する遺伝子発現が変化することを見出した。今後、ES細胞由来PDL-MSCを確立し、本結果に基づいて光エネルギーによって活性化したphotobiomodulation活性型ES細胞由来PDL-MSCを確立する。ES細胞由来MSCを骨芽細胞誘導培地にて培養を行い、各条件のダイオードレーザーを照射し、アルカリフォスファターゼ活性の評価および骨芽細胞分化、歯根膜分化の指標となる遺伝子発現の変化を評価する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ES細胞の前段階としてPDL-MSCでの光エネルギーの影響の評価に時間がかかっているため。

Strategy for Future Research Activity

ES細胞由来PDL-MSCの分化、培養技術を確立する。

Research Products

• [Journal Article] High‐frequency pulsed diode laser irradiation inhibits bone resorption in mice with ligature‐induced periodontitis (2022)
  • Author(s): Ohsugi Yujin、Hatasa Masahiro、Katagiri Sayaka、Hirota Tomomitsu、Shimohira Tsuyoshi、Shiba Takahiko、Komatsu Keiji、Tsuchiya Yosuke、Fukuba Shunsuke、Lin Peiya、Toyoshima Keita、Maekawa Shogo、Niimi Hiromi、Iwata Takanori、Aoki Akira
  • Journal Title: Journal of Clinical Periodontology Volume: 49 Issue: 12 Pages: 1275-1288
  • DOI: 10.1111/jcpe.13695
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Xanthan gum-based fluid thickener decreases postprandial blood glucose associated with increase of Glp1 and Glp1r expression in ileum and alteration of gut microbiome (2022)
  • Author(s): Nagasawa Yuki、Katagiri Sayaka、Nakagawa Kazuharu、Hirota Tomomitsu、Yoshimi Kanako、Uchida Aritoshi、Hatasa Masahiro、Komatsu Keiji、Shiba Takahiko、Ohsugi Yujin、Uesaka Naofumi、Iwata Takanori、Tohara Haruka
  • Journal Title: Journal of Functional Foods Volume: 99 Pages: 105321-105321
  • DOI: 10.1016/j.jff.2022.105321
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Endothelial cells induced progenitors into brown fat to reduce atherosclerosis (2022)
  • Author(s): Park K, Li Q, Lynes MD, Yokomizo H, Maddaloni E, Shinjo T, St-Louis R, Li Q, Katagiri S, Fu J, Clermont A, Park H, Wu IH, Yu MG, Shah H, Tseng YH, King GL
  • Journal Title: Circulation Research Volume: 131 Issue: 2 Pages: 168-183
  • DOI: 10.1161/circresaha.121.319582
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Porphyromonas gingivalis Administration Induces Gestational Obesity, Alters Gene Expression in the Liver and Brown Adipose Tissue in Pregnant Mice, and Causes Underweight in Fetuses (2022)
  • Author(s): Yoshida S、Hatasa M、Ohsugi Y、Tsuchiya Y、Liu A、Niimi H、Morita K、Shimohira T、Sasaki N、Maekawa S、Shiba T、Hirota T、Okano T、Hirose A、Ibi R、Noritake K、Tomiga Y、Nitta H、Suzuki T、Takahashi H、Miyasaka N、Iwata T、Katagiri S
  • Journal Title: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology Volume: 11 Pages: 1-15
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.745117
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Treatment of Peri-implantitis Caused by Malpositioning and an Extra Implant: A Case Report (2022)
  • Author(s): Shiba Takahiko、Katagiri Sayaka、Komatsu Keiji、Nemoto Takashi、Takeuchi Yasuo、Chen Bo、Zhou Yongsheng、Iwata Takanori
  • Journal Title: The International Journal of Periodontics & Restorative Dentistry Volume: 42 Issue: 1 Pages: e15-e20
  • DOI: 10.11607/prd.4800
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discrimination of Bacterial Community Structures among Healthy, Gingivitis, and Periodontitis Statuses through Integrated Metatranscriptomic and Network Analyses (2021)
  • Author(s): Nemoto Takashi、Shiba Takahiko、Komatsu Keiji、Watanabe Takayasu、Shimogishi Masahiro、Shibasaki Masaki、Koyanagi Tatsuro、Nagai Takahiko、Katagiri Sayaka、Takeuchi Yasuo、Iwata Takanori
  • Journal Title: mSystems Volume: 6 Issue: 6
  • DOI: 10.1128/msystems.00886-21
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparison of Periodontal Bacteria of Edo and Modern Periods Using Novel Diagnostic Approach for Periodontitis With Micro-CT (2021)
  • Author(s): Shiba Takahiko、Komatsu Keiji、Sudo Takeaki、Sawafuji Rikai、Saso Aiko、Ueda Shintaroh、Watanabe Takayasu、Nemoto Takashi、Kano Chihiro、Nagai Takahiko、Ohsugi Yujin、Katagiri Sayaka、Takeuchi Yasuo、Kobayashi Hiroaki、Iwata Takanori
  • Journal Title: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology Volume: 11 Pages: 723821-723821
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.723821
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Application of Ligature-Induced Periodontitis in Mice to Explore the Molecular Mechanism of Periodontal Disease (2021)
  • Author(s): Lin Peiya、Niimi Hiromi、Ohsugi Yujin、Tsuchiya Yosuke、Shimohira Tsuyoshi、Komatsu Keiji、Liu Anhao、Shiba Takahiko、Aoki Akira、Iwata Takanori、Katagiri Sayaka
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 22 Issue: 16 Pages: 8900-8900
  • DOI: 10.3390/ijms22168900
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Association between periodontal bacteria and degenerative aortic stenosis: a pilot study (2021)
  • Author(s): Kataoka Akihisa、Katagiri Sayaka、Kawashima Hideyuki、Nagura Fukuko、Nara Yugo、Hioki Hirofumi、Nakashima Makoto、Sasaki Naoki、Hatasa Masahiro、Maekawa Shogo、Ohsugi Yujin、Shiba Takahiko、Watanabe Yusuke、Shimokawa Tomoki、Iwata Takanori、Kozuma Ken
  • Journal Title: Journal of Periodontal & Implant Science Volume: 51 Issue: 4 Pages: 226-226
  • DOI: 10.5051/jpis.2006040302
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Low-Level Erbium-Doped Yttrium Aluminum Garnet Laser Irradiation Induced Alteration of Gene Expression in Osteogenic Cells from Rat Calvariae (2021)
  • Author(s): Shimohira Tsuyoshi、Niimi Hiromi、Ohsugi Yujin、Tsuchiya Yosuke、Morita Kazuki、Yoshida Sumiko、Hatasa Masahiro、Shiba Takahiko、Kadokura Hiroshi、Yokose Satoshi、Katagiri Sayaka、Iwata Takanori、Aoki Akira
  • Journal Title: Photobiomodulation, Photomedicine, and Laser Surgery Volume: 39 Issue: 8 Pages: 566-577
  • DOI: 10.1089/photob.2020.4958
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-surgical treatment for periodontitis and peri-implantitis: longitudinal clinical and bacteriological findings?A case report with a 7-year follow-up evaluation (2021)
  • Author(s): Shiba Takahiko、Watanabe Takayasu、Komatsu Keiji、Koyanagi Tatsuro、Nemoto Takashi、Ohsugi Yujin、Michi Yasuyuki、Katagiri Sayaka、Takeuchi Yasuo、Ishihara Kazuyuki、Iwata Takanori
  • Journal Title: SAGE Open Medical Case Reports Volume: 9 Pages: 2050313-2050313
  • DOI: 10.1177/2050313x211029154
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Relationship between NAFLD and Periodontal Disease from the View of Clinical and Basic Research, and Immunological Response (2021)
  • Author(s): Hatasa Masahiro、Yoshida Sumiko、Takahashi Hirokazu、Tanaka Kenichi、Kubotsu Yoshihito、Ohsugi Yujin、Katagiri Takaharu、Iwata Takanori、Katagiri Sayaka
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 22 Issue: 7 Pages: 3728-3728
  • DOI: 10.3390/ijms22073728
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 歯周病原細菌Porphyromonas gingivalis は腸内細菌叢を変化させ骨格筋における糖取り込みを 阻害する (2022)
  • Author(s): 片桐さやか
  • Organizer: 第77 回日本体力医学会大会
  • Invited
• [Presentation] 口腔内細菌叢破綻の糖・脂質代謝への影響 (2022)
  • Author(s): 片桐さやか
  • Organizer: 第64 回歯科基礎医学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 口腔内細菌叢破綻の全身の影響 (2022)
  • Author(s): 片桐さやか
  • Organizer: 第406 回松本歯科大学大学院セミナー
  • Invited
• [Presentation] 口腔と全身との関わり-歯科医師として健康寿命に寄与出来ること- (2022)
  • Author(s): 片桐さやか
  • Organizer: 第65 回春季日本歯周病学 会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Porphyromonas gingivalis impairs glucose uptake in skeletal muscle associated with altering gut microbiota. (2022)
  • Author(s): Katagiri S
  • Organizer: UCh ‐ TMDU Joint Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 結紮誘導歯周炎モデルマウスにおける半導体レーザー照射による歯周 炎抑制効果. (2022)
  • Author(s): 大杉勇人，畑佐将宏，片桐さやか，廣田朝光，下平剛，芝多佳彦, 駒津匡二, 土谷洋輔, 福場駿介，前川祥 吾，新見ひろみ，岩田隆紀，青木章
  • Organizer: 第65 回春季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] Porphyromonas gingivalis administration induces obesity, modifies gene expression in the liver and brown adipose tissue in pregnant mice, and causes underweight in fetuses (2022)
  • Author(s): Yoshida S, Hatasa M, Ohsugi Y, Tsuchiya Y, Liu A, Niimi H, Morita K, Shimohira T, Sasaki N, Maekawa S, Shiba T, Hirota T, Noritake K, Nitta H, Katagiri S, Iwata T
  • Organizer: Europerio 10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 近赤外線光 線療法の薬剤関連性顎骨壊死への応用と分子機構の解明 (2022)
  • Author(s): 下平 剛, 大杉勇人, 片桐さやか, 芝多佳彦, 駒津匡二, 劉 安豪, 林 培雅, 豊嶋啓汰, 青木 章
  • Organizer: 第64 回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 古代人の歯石DNA を用いた江戸時代と現代の 網羅的口腔内細菌叢解析. (2022)
  • Author(s): 須藤毅顕, 芝多佳彦, 駒津匡二, 澤藤りかい, 佐宗亜衣子, 植田信太郎, 渡辺孝康, 根本昂, 加納千博, 長井貴 彦, 大杉勇人, 片桐さやか, 竹内康雄, 小林宏明, 岩田隆紀
  • Organizer: 第76 回日本人類学会
• [Presentation] 結紮誘導歯周炎モデルマウスにおける半導体レーザー照射による歯周 炎抑制効果 (2022)
  • Author(s): 大杉勇人，畑佐将宏，片桐さやか，廣田朝光，下平剛，芝多佳彦, 駒津匡二, 土谷洋輔, 福場駿介，前川祥 吾，新見ひろみ，岩田隆紀，青木章
  • Organizer: 第65 回春季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] 口腔内細菌叢破綻による糖・脂質代謝への影響 (2022)
  • Author(s): 片桐さやか
  • Organizer: 第76 回日本口腔科学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Novel bone regenerative therapy: sequential microarray analysis of Er:YAG Laser-ablated bone tissue and the modification of gene expression in osteocytes and osteoblasts (2021)
  • Author(s): Yujin Ohsugi, Sayaka Katagiri, Akira Aoki
  • Organizer: Academy of Laser Dentistry 28th Annual Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photobiomodulatory suppressive effect of a 910-nm diode laser on periodontal disease progression in mice (2021)
  • Author(s): Sayaka Katagiri, Yujin Ohsugi, Akira Aoki
  • Organizer: Academy of Laser Dentistry 28th Annual Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Low-level Er:YAG laser irradiation induced alteration of gene expression in rat calvarial osteogenic cells (2021)
  • Author(s): Shimohira T, Niimi H, Ohsugi Y, Tsuchiya Y, Morita K, Yoshida S, Hatasa M, Shiba T, Kadokura H, Yokose S, Katagiri S, Iwata T, Aoki A.
  • Organizer: Dental Laser Virtual Scientific Conference 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sequential microarray analysis of Er:YAG laser ablated bone tissue (2021)
  • Author(s): Ohsugi Y, Katagiri S, Niimi H, Hatasa M, Watanabe K, Shimohira T, Mizutani K, Kadokura H, Yokose S, Iwata T, Aoki A
  • Organizer: The 99th General Session of the IADR
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ラット頭蓋骨由来初代培養骨芽細胞様細胞および骨細胞様細胞に対するEr:YAGレーザーの効果 (2021)
  • Author(s): 新見 ひろみ, 下平 剛, 大杉 勇人, 片桐 さやか, 畑佐 将宏, 土谷 洋輔, 門倉 弘志, 横瀬 敏志, 岩田 隆紀, 青木 章
  • Organizer: 第24回日本歯科医学会学術大会
• [Presentation] Er：YAGレーザー蒸散による骨組織への影響～バー切削との比較～ (2021)
  • Author(s): 大杉勇人, 片桐さやか, 新見ひろみ, 畑佐将宏, 下平 剛, 水谷幸嗣, 岩田隆紀, 青木 章
  • Organizer: 第24回日本歯科医学会総会
• [Presentation] 歯周病原細菌感染による糖・脂質代謝への影響 (2021)
  • Author(s): 片桐さやか, 畑佐将宏, 大杉勇人, 吉田澄子, 森田和機, 佐々木直樹, 前川祥吾, 芝 多佳彦, 新田 浩, 岩田隆紀
  • Organizer: 第24回日本歯科医学会総会
• [Presentation] 結紮誘導歯周炎モデルマウスを用いた ダイオードレーザー照射による歯周炎抑制効果 (2021)
  • Author(s): 大杉勇人, 畑佐将宏, 下平 剛, 芝 多佳彦, 駒津匡二, 土谷洋輔, 福場駿介, 前川祥吾, 新見ひろみ, 森田和機, 片桐さやか, 岩田隆紀, 青木 章
  • Organizer: 第33回日本レーザー歯学会総会・学術大会
• [Presentation] Periodontitis-induced endotoxemia, metabolic syndrome and microbiome alteration (2021)
  • Author(s): Sayaka Katagiri
  • Organizer: The 99th General Session of the IADR
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The effect of oral dysbiosis on glucose/lipid metabolism (2021)
  • Author(s): 片桐さやか
  • Organizer: 第95回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] 口腔内細菌叢破綻による糖・脂質代謝への影響 (2021)
  • Author(s): 片桐さやか
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会学術大会
  • Invited