チタン製インプラントの生体適合性と周囲骨再生におけるデコリンの役割の解明

• Project/Area Number: 22K17091
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 神尾 尚伸 広島大学, 病院(歯), 歯科診療医 (40911912)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: チタン / プロテオグリカン / オッセオインテグレーション

Outline of Research at the Start

歯科インプラント治療はオッセオインテグレーション獲得により成立するが、その詳細な分子メカニズムは明らかにされていない。一方で、オッセオインテグレーションを獲得したチタンと骨組織との間に存在するプロテオグリカン層はチタンの生体適合性と周囲の骨組織の形成において重要な役割を担っていると考えられている。本研究では、このプロテオグリカン層の構成分子のひとつであると考えられているデコリンがチタン製インプラントの生体適合性と周囲の骨組織形成において果たす役割を、RNA干渉を利用して分子生物学的に明らかにし、インプラント治療における検査項目の開発や材料開発の発展に寄与することを最終目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、骨髄由来間葉系幹細胞（BMSCs）中の目的遺伝子の発現抑制をすることで、オッセオインテグレーションを構成する因子の役割を解明することを目的としている。shRNAはsiRNAと比較して半永久的な遺伝子発現の抑制が可能であり、タイムポイントが長くなる実験系では有用な手法である。デコリン（DCN）は細胞外マトリックスを構成するプロテオグリカンの一種でありオッセオインテグレーションにおいて細胞接着や周囲組織の石灰化に重要な役割を担っていると考えられている。外因性DCNに対して内因性DCNの発現の変化がオッセオインテグレーションに与える影響を分子生物学的に解析した。
BMSCsにDCNのshRNAを導入して作製した細胞（sh-BMSCs）は、DCNの遺伝子発現およびタンパク質の発現を抑制されつつも幹細胞としての特性を有していることを確認した。またコントロールベクターを導入した細胞（N-BMSCs）ではタンパク質レベルで未導入の細胞と発現に差がないことを確認した。
これらの細胞を用いてチタンと細胞との接着界面を電子顕微鏡で観察したところ、N-BMSCsではプロテオグリカン層の形成を確認することができたが、sh-BMSCsでは確認できなかった。また、チタンに接着した細胞の形態にも変化が見られ、石灰化能は著しく低下した。
炎症反応に関する実験では、チタン上で培養したsh-BMSCsの培養上清はヒトマクロファージの遺伝子発現をM1-likeに変化させることを確認し、オッセオインテグレーションにおけるプロテオグリカン層の形成は周囲微小環境の安定性に関与していると考えられた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

昨年度に作製した細胞を用いて種々の機能実験を行い、成果をまとめたうえで現行の執筆をした。今後英文校正を経て雑誌へ投稿する予定であり当初の計画通り順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

本研究では遺伝子発現が抑制された細胞による解析を行ったが、今後の研究ではCRSPR/Cas9等で遺伝子をノックアウトした細胞による実験やノックマウス等を使用したin vivoの実験をすることによりオッセオインテグレーションに必須の因子を同定していくことが期待される。