Mechanical stimulation exacerbates osteoarthritis (OA) by activating synovial fibroblasts.

• Project/Area Number: 22K08533
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 54020:Connective tissue disease and allergy-related
• Research Institution: Aichi Gakuin University
• Principal Investigator: 波多野 紀行 愛知学院大学, 薬学部, 講師 (50454319)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 裕可 愛知学院大学, 薬学部, 講師 (00581026)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 滑膜線維芽細胞 / イオンチャネル / 機械刺激受容分子 / Piezo1

Outline of Research at the Start

変形性関節症（OA）は慢性の関節炎を伴う関節疾患であり、軟骨の破壊と骨・軟骨の増殖性変化を来たす疾患である。高齢者のQOLを維持するためには、対症療法だけではなく、OA病態の憎悪を抑制する、あるいは緩解できる新たな治療法が求められている。OA発症の発端は軟骨細胞に対する過剰な機械刺激であるが、その後の病態形成の中心は滑膜線維芽細胞による滑膜炎の惹起にある。申請者は「OA病態における滑膜炎の憎悪は過剰な機械刺激による滑膜線維芽細胞の活性化が原因である」と想定した。滑膜線維芽細胞が機械刺激を受容し、滑膜炎を惹起するメカニズムを明らかにし、新たなOA治療法の開発につなげることが本研究の目標である。

Outline of Annual Research Achievements

2023年度の研究状況は少し遅れている。また、研究計画に記載した研究方法を一部変更した。2023年度は主に「ヒト滑膜線維芽細胞における機械刺激による細胞機能変化の解明」という目標の達成に向けて、研究に取り組んだ。まず、長期間の伸展刺激がヒト初代培養滑膜線維芽細胞（hSyno）の細胞機能に及ぼす影響について詳細な検討を行った。24時間伸展刺激を負荷し続けたhSynoにおけるcollagen　Type 1A1, 1A2, 4A1およびMMP-3, MMP-13等のmRNA発現量変化について検討した結果、無刺激群に比べて、ほぼ変化していないことが明らかになった。そこで、伸展刺激以外のOA病態増悪因子を追加し、より病態時に近い条件で伸展刺激によるmRNA発現量変化について検討することにした。追加するOA病態増悪因子としてTGF-βを選択した。今後、TGF-β刺激処置したhSynoにおける伸展刺激誘発mRNA発現量変化について解析する予定である。
2024年度は、「伸展刺激活性化滑膜線維芽細胞が軟骨細胞リモデリングに及ぼす影響」について取り組む予定である。進展刺激（短期間、長期間）を受けた滑膜線維芽細胞から分泌された液性因子が軟骨細胞に与える影響について検討を進める予定である。24時間、進展刺激を負荷することにより滑膜線維芽細胞から分泌される液性因子については、すでにいくつかの因子を同定している。今後は、それらの因子がOUMS-27に与える影響について検討を実施する。さらにhSynoに24時間進展刺激を与えた細胞培養液の上清を、OUMS-27に添加することで軟骨細胞リモデリングに及ぼす影響を解明する予定である。また2024年度は、関連学会での学会発表および学術論文の作成にeffortを割き、研究の実施だけでなく、成果をまとめることに重点をおく。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2022年度に引き続き、2023年度は主に「ヒト滑膜線維芽細胞における機械刺激による細胞機能変化の解明」という目標の達成に向けて、研究に取り組んだ。まず、長期間の伸展刺激がヒト初代培養滑膜線維芽細胞（hSyno）の細胞機能に及ぼす影響について詳細な検討を行った。メニコン社の培養細胞伸展システムShellPa Proを用いて、hSynoに伸展刺激（1 Hz、20%）を24時間負荷し、その後mRNAの回収を行った。24時間伸展刺激を負荷し続けたhSynoにおけるcollagen　Type 1A1, 1A2, 4A1およびMMP-3, MMP-13等のmRNA発現量変化について検討した結果、無刺激群に比べて、ほぼ変化していないことが明らかになった。また、TNF-αをはじめとする炎症性サイトカイン類のmRNA発現量についても検討したが、変化は観察されなかった。そこで、伸展刺激以外のOA病態増悪因子を追加し、より病態時に近い条件で伸展刺激によるmRNA発現量変化について検討することにした。追加するOA病態増悪因子としてTGF-βを選択した。hSynoはTGF-β応答性を示し、TGF-β処置群において顕著なcollagen mRNAの発現量の増加が観察された。今後、TGF-β刺激処置したhSynoにおける伸展刺激誘発mRNA発現量変化について解析する予定である。
また、2022年度において達成できなかった研究課題についても、研究を継続している。ゴンドラ型インサートに播種した軟骨細胞株OUMS-27からサンプルを取得しているが、現在もサンプル調整に難航しており、OUMS-27以外の軟骨細胞株の探索を実施中である。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は、「伸展刺激活性化滑膜線維芽細胞が軟骨細胞リモデリングに及ぼす影響」について取り組む予定である。進展刺激（短期間、長期間）を受けた滑膜線維芽細胞から分泌された液性因子が軟骨細胞に与える影響について検討を進める予定である。24時間、進展刺激を負荷することにより滑膜線維芽細胞から分泌される液性因子については、すでにいくつかの因子を同定している。今後は、それらの因子がOUMS-27に与える影響について検討を実施する予定である。ただし、当初の予定であった共培養による軟骨細胞リモデリングについては、測定系の構築に難航している。そこで、hSynoに24時間進展刺激を与えた細胞培養液の上清を、OUMS-27に添加することで軟骨細胞リモデリングに及ぼす影響を解明する計画を立てた。この方法であれば測定系を構築することは容易である。また、それと並行してOUMS-27以外の軟骨細胞株の選定を実施中である。新たな細胞株を用いた共培養系の構築についても取り組む予定である。
現在、進展刺激により滑膜線維芽細胞から分泌が促進される液性因子について同定を進めているが、定量性が得られていない。そこで、2024年度はhSynoだけでなく、ヒト滑膜肉腫細胞株SW982、ヒト不死化滑膜線維芽細胞株MH7Aを用いて、同様の実験を実施する予定である。
2024年度は本研究計画の最終年度にあたるため、これまでの研究成果をまとめる予定である。2024年度は、関連学会での学会発表および学術論文の作成にeffortを割き、研究の実施だけでなく、成果をまとめることに重点をおきたい。