光エネルギーを応用したES細胞による新たな歯周組織再生療法の確立

• Project/Area Number: 22K17032
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 57030:Conservative dentistry-related
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 新見 ひろみ 東京医科歯科大学, 東京医科歯科大学病院, 医員 (60907971)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: ES細胞 / photobiomodulation / 光エネルギー / 歯周組織再生

Outline of Research at the Start

本研究では、ES細胞由来MSCと、高い光生物学的効果を持つ光エネルギーを世界で初めて組み合わせることによって、より歯周組織再生に有利なphotobiomodulation活性型ES細胞由来MSCを創出し、先進的な再生療法を確立を目的とする。ES細胞からMSCに光エネルギーを用いて、歯周組織再生により有利な分化を引き起こし、安全性・有効性の評価、ヒトへの臨床応用を目指す。
本研究により、従来の細胞ソースの問題を解決し、従来の治療法では抜歯になってしまう歯を保存するための、新たな先進的歯周組織再生療法の確立への基盤を構築する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ES細胞由来間葉系幹細胞（MSC）と、高い光生物学的効果を持つ光エネルギーを世界で初めて組み合わせることによって、より歯周組織再生に有利なphotobiomodulation活性型ES細胞由来MSCの創出を目指している。
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間葉系幹細胞（PDL-MSC）をシート状に加工してヒトへの移植の安全性と有効性は確認されているが、PDL-MSCの確保には患者の抜歯が必要不可欠であることから、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。
ES細胞由来MSC に対し、レーザーの光エネルギーによる光生物学的効果photobiomodulation効果を応用することにより、歯周組織再生により有利な分化を引き起こし、photobiomodulation活性型ES細胞由来MSCを創出し、その安全性・有効性を評価し、将来的にはヒトへの臨床応用を目指す。
その目的は、従来の細胞ソースの問題を解決し、これまでの現存の治療法では抜歯になってしまう歯を保存するための、新たな先進的歯周組織再生療法の確立への基盤を構築することである。
本研究における実験に適したヒトES細胞の培養の確立と、より効率の良いMSCへの分化促進の検討を重ね、レーザー照射の条件検討を行った。同じレーザーであっても、その照射条件によって照射された細胞や生体に異なる効果を及ぼすことが知られているため、レーザーの照射出力の強さや、照射時間、照射の回数や頻度を検討した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究における実験に適したヒトES細胞の培養の確立と、より効率の良いMSCへの分化促進の方法や、レーザー照射条件の検討に時間が必要なため。

Strategy for Future Research Activity

1) レーザー照射条件検討とレーザーによる発現変動遺伝子の網羅解析・タンパク解析
培養条件とレーザーの照射条件の確立後、。ES細胞由来MSCに各条件のレーザーを照射し、骨分化誘導後に骨分化や歯根膜分化マーカーの発現をqPCRにて確認する。最も強く分化した条件でRNA-seqを行い、同定した遺伝子に関連するタンパク解析を行い、レーザー照射を行っていないES細胞由来MSCとの比較検討を行うことで、photobiomodulation効果を明らかにする。
2）Photobiomodulation活性型ES細胞由来MSCの樹立
不均一なES細胞由来MSC集団のうち、どの細胞集団においてphotobiomodulationが最も効果的であるかの検討を行う。シングルセル解析を行い最も歯周組織再生に有利なクラスタの発現マーカーを同定する。同定した発現マーカーを元にセルソーティングを行い、photobiomodulation活性型ES細胞由来MSCを樹立を目指す。
3）Photobiomodulation活性型ES由来MSCの臨床応用に向けた安全性・有効性の検討
Photobiomodulation活性型ES由来MSCを通法に従い、造腫瘍性試験ならびに安全性試験を実施する。Photobiomodulation活性型ES由来MSCを用いて細胞シートを作製し、免疫不全マウス皮下に移植することにより、その有効性を検討する。移植後、経時的に組織切片標本を作成し、定量的評価や免疫染色を実施することにより、移植した細胞のin vivo分化能を従来のPDL-MSC細胞シートと比較し、臨床応用への可能性を検討する。