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細胞外小胞を徐放するナノファイバースキャフォールドを用いた新規半月板治療法の開発

Research Project

Project/Area Number 23K08676
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 56020:Orthopedics-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

下村 和範  大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教授 (40755998)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中村 憲正  大阪大学, 国際医工情報センター, 招へい教授 (50273719)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords半月板 / 半月板損傷 / 半月板再生 / 間葉系幹細胞 / 細胞外小胞 / エクソソーム / ナノファイバースキャフォールド / エレクトロスピニング法 / ナノファイバー / スキャフォールド
Outline of Research at the Start

本研究では、これまで難治性であった半月板損傷に対し、再生医療的アプローチを用いて新しい半月板治療法の確立を目指す。我々は、これまでエレクトロスピニング法により作製した内部にナノレベル線維構造を有するスキャフォールドを作製し、間葉系幹細胞と組み合わせることで、難治性半月板損傷に対する有用性を示している。一方、細胞を用いた治療は、品質のばらつきや高コストの問題があり、臨床応用のハードルとなっている。本研究では、今後の臨床応用を踏まえ、近年セルフリーセラピーとして注目されている細胞外小胞を用い、前述スキャフォールドが、半月板損傷に有用かどうかをin vitroおよびin vivoで検証する。

Outline of Annual Research Achievements

半月板は、膝関節内において重要な機能を有するが、自己修復能に乏しく、一旦損傷すると修復が期待されない事から、切除を余儀なくされる場合が多く、変形性関節症の要因となる。近年、組織工学的手法を用いた再生医療の研究が進んでおり、半月板治療の分野でも応用が期待されている。本研究では、従来治療が困難であった半月板損傷に対し、間葉系幹細胞から分泌される細胞外小胞とナノファイバースキャフォールドを組み合わせ、安全性、安定した品質を有する、低コストな新規治療法を確立を目指して研究を行っている。本年度は、まずはナノファイバースキャフォールドの作成、検討を行った。エレクトロスピニング法にて、εポリカプロラクトンを用い、線維の回収方法を工夫し、内部の線維構造が一定方向のシート状のナノファイバースキャフォールドを作成した。線維方向の確認、複数の厚みのスキャフォールドが作成できることを確認した。さらに間葉系幹細胞(ヒト滑膜、ヒト脂肪)の接着性を組織学的に確認した。細胞外小胞の接着については、現在粒子数やタンパク定量での評価を試みており、引き続きの検討を要する。次年度も引き続き、細胞外小胞の接着性の検討を行い、十分な接着性が確認できれば、徐放効果等の検討を進めていく予定である。本研究の成果は、従来治療が困難であった半月板損傷に対する新たな治療法の確立のみならず、近年患者数の増加が著しい変形性関節症の発症予防の一助となることも期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は、まずはナノファイバースキャフォールドの作成、検討を行った。エレクトロスピニング法にて、εポリカプロラクトンを用い、線維の回収方法を工夫し、内部の線維構造が一定方向のシート状のナノファイバースキャフォールドを作成した。線維方向の確認、複数の厚みのスキャフォールドが作成できることを確認した。さらに間葉系幹細胞(ヒト滑膜、ヒト脂肪)の接着性を組織学的に確認した。細胞外小胞の接着については、現在粒子数やタンパク定量での評価を試みている。スキャフォールドへの粒子数の直接の定量方法の検討、また用意した粒子数と接着しなかった粒子数の差での検討など様々な方法での検討を行っている。スキャフォールドの作成や性能の検討、細胞外小胞の評価法の検討に時間を要し、やや進捗が遅れることとなった。次年度も引き続き、細胞外小胞の接着性の検討を行い、十分な接着性が確認できれば、徐放効果等の検討を進めていく予定である。

Strategy for Future Research Activity

前述のように、次年度も引き続き、細胞外小胞の接着性の検討を行い、さらにスキャフォールから徐放される細胞外小胞の定量実験を進めていく。これらの成果が得られれば、in vitroにおける細胞外小胞と間葉系幹細胞による比較を行う。評価は以下のように行う。1cm四方のスキャフォールドを準備し、これまでに得られた最適化された条件を元に、間葉系幹細胞(ヒト滑膜、ヒト脂肪由来)、細胞外小胞(ヒト滑膜、ヒト脂肪由来)を用意、各々をスキャフォールド上に播種・接着し、6wellプレートの底面に静置させ、上面にtranswell insertを置き、上部でヒト軟骨細胞を播種培養する。底面のスキャフォールドからの徐放効果により、軟骨細胞の遺伝子変化をRT-PCRにて確認、またサフラニンO染色等にて軟骨基質産生能を評価することで、間葉系幹細胞および細胞外小胞の軟骨細胞への影響を比較検討する。併せてグリコサミノグリカンの定量にても評価を行う。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Utilization of Orthobiologic Augmentation for Meniscal Repairs: Current Concepts and Future Perspectives.2023

    • Author(s)
      Shimomura K, Jacob G, Hanai H, Nakamura. N
    • Journal Title

      Journal of Cartilage & Joint Preservation.

      Volume: - Issue: 2 Pages: 100090-100090

    • DOI

      10.1016/j.jcjp.2022.100090

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Freeze Dried Noncoagulating Platelet-Derived Factor Concentrate is a Safe and Effective Treatment for Early Knee Osteoarthritis.2023

    • Author(s)
      Ohtsuru T, Otsuji M, Nakanishi J, Lyman S, Hanai H, Shimomura K, Ando W, Nakamura N.
    • Journal Title

      Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc

      Volume: 31 Issue: 11 Pages: 4716-4723

    • DOI

      10.1007/s00167-023-07414-y

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Five-Year Outcomes After Implantation of a Scaffold-Free Tissue-Engineered Construct Generated From Autologous Synovial Mesenchymal Stromal Cells for Repair of Knee Chondral Lesions.2023

    • Author(s)
      Shimomura K, Ando W, Hart DA, Yonetani Y, Horibe S, Nakamura N.
    • Journal Title

      Orthop J Sports Med

      Volume: 11 Issue: 8

    • DOI

      10.1177/23259671231189474

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Small extracellular vesicles derived from human adipose‐derived mesenchymal stromal cells cultured in a new chemically‐defined contaminate‐free media exhibit enhanced biological and therapeutic effects on human chondrocytes in vitro and in a mouse osteoarthritis model2023

    • Author(s)
      Hanai Hiroto、Hart David A.、Jacob George、Shimomura Kazunori、Ando Wataru、Yoshioka Yusuke、Ochiya Takahiro、Nakagawa Shinicihi、Nakamura Masato、Okada Seiji、Nakamura Norimasa
    • Journal Title

      Journal of Extracellular Vesicles

      Volume: 12 Issue: 7

    • DOI

      10.1002/jev2.12337

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Repair of osteochondral defects: efficacy of a tissue-engineered hybrid implant containing both human MSC and human iPSC-cartilaginous particles2023

    • Author(s)
      Nakagawa Shinichi、Ando Wataru、Shimomura Kazunori、Hart David A.、Hanai Hiroto、Jacob George、Chijimatsu Ryota、Yarimitu Seido、Fujie Hiromichi、Okada Seiji、Tsumaki Noriyuki、Nakamura Norimasa
    • Journal Title

      npj Regenerative Medicine

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 59-59

    • DOI

      10.1038/s41536-023-00335-x

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison of three different forms of commercially available hydroxyapatite artificial bone for a hybrid implant with a tissue-engineered construct derived from synovial mesenchymal stem cells for osteochondral repair.2024

    • Author(s)
      Shimomura K, Yarimitsu S, Jacob G, Hart DA, Fujie H, Nakamura N.
    • Organizer
      Orthopaedic Research Society 2024 Annual Meeting.
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison of clinical outcomes between a bone-patellar tendon-bone and quadriceps tendon-bone autografts in anatomic rectangular tunnel anterior cruciate ligament reconstruction.2023

    • Author(s)
      Shimomura K, Yonetani Y, Tanaka A, Tsujii A, Hamada M.
    • Organizer
      14th Biennial International Society of Arthroscopy, Knee Surgery and Orthopaedic Sports Medicine (ISAKOS) Congress
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Five-year outcomes following implantation of a scaffold-free tissue-engineered construct generated from autologous synovial mesenchymal stem cells for repair of knee chondral lesions.2023

    • Author(s)
      Shimomura K, Ando W, Hart DA, Yonetani Y, Horibe S, Nakamura N.
    • Organizer
      14th Biennial International Society of Arthroscopy, Knee Surgery and Orthopaedic Sports Medicine (ISAKOS) Congress
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MSC-based strategy. (Symposium “The Osteochondral Unit: Subchondral Bone Cartilage and Joints”).2023

    • Author(s)
      Shimomura K, Fujie H, Nakamura N.
    • Organizer
      14th Biennial International Society of Arthroscopy, Knee Surgery and Orthopaedic Sports Medicine (ISAKOS) Congress
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 滑膜間葉系幹細胞由来三次元人工組織・ハイドロキシアパタイト人工骨複合体を用いた骨軟骨再生 -人工骨の形状の違いによる修復能の検討-2023

    • Author(s)
      下村和範、藤江裕道、中村憲正
    • Organizer
      日本膝関節学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 同種滑膜間葉系幹細胞由来三次元人工組織を用いた第III相膝関節軟骨再生臨床試験2023

    • Author(s)
      下村和範、渡辺淳也、鈴木智之、中川晃一、岩崎潤一、中島歩、松本昌也、瀬川耕太郎、辻井聡、中村憲正
    • Organizer
      日本膝関節学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Book] Failed Cartilage Surgery (Chapter 8). Orthopaedic Sports Medicine - An Encyclopedic Review of Diagnosis, Prevention, and Management -.2023

    • Author(s)
      Jacob G, Shimomura K, Nakamura N
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Book] 特集「疲労骨折を克服する, 予防から最新の保存療法戦略まで」 疲労骨折に対するBiologics治療. 臨床スポーツ医学.2023

    • Author(s)
      下村和範, 中村憲正.
    • Publisher
      文光堂
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Book] 特集「変形性関節症:病態研究と治療の最前線」 滑膜間葉系幹細胞を用いた膝関節軟骨再生. Precision Medicine.2023

    • Author(s)
      下村和範, 中村憲正
    • Publisher
      北隆館
    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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