骨形成因子の機能発現における細胞マトリックスの役割

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05454495
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 久保木 芳徳 北海道大学, 歯学部, 教授 (00014001)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 滝田 裕子 北海道大学, 歯学部, 教務職員 (30125330) ; 藤沢 隆一 北海道大学, 歯学部, 助手 (40190029) ; 水野 守道 北海道大学, 歯学部, 助手 (10125354)
• Keywords: 骨形成因子 / BMP / 担体 / 線維性コラーゲン膜 / 幾何学的構造

Research Abstract

骨形成タンパク質(bone morphogenentic proteins以下BMP)は骨の4Mグアニジン抽出後の不溶性マトリックス(IBM)を担体として、これに含浸させてラットの皮下に埋植すると、軟骨を経て骨を形成させる成長分化因子である。ところが、IBM以外の担体では軟骨も骨も誘導しない場合があり、とくに純粋なBMPを用いた場合、この傾向が強い。この点、担体の重要性は認識されてきたが、その真の役割とIBM以外の担体を用いた場合の形質発現については不明であった。
我々は、IBM以外の立体幾何学的性質ならびに化学的性質の異なる、少なくとも7種類の新開発担体、或いは既製の物質を担体として用いてこの問題に挑戦した結果、担体の種類によって、誘導される骨、軟骨組織のパターンが全く異なることを発見した。即ち、線維性コラーゲン膜(FCM)では、線維束間に軟骨形成が、線維束に沿って骨形成が各々独立に形成されることが示された。網目が1.0μm以上の線維状ガラス膜(FGM)では膜内に軟骨のみが、骨は膜の表面に形成され局在はより明瞭に示された。網目が0.6μm以下のFGMでは骨、軟骨とも形成されなかった。一方、多孔性顆粒状アパタイトでは軟骨なしに骨のみが形成されることを見いだした。
これらの担体依存性の形質誘導のメカニズムは、担体の幾何学的構造が微小血管の進入を確保するか否かに求められた。即ち、網目が1.0μmのFGMでは未分化間葉細胞の進入を許すが血管の進入を阻んでいる。一方、PPHAPでは、その平均徑150μmの細孔内に微小血管の発達を確保している。その結果前者では酸素をはじめとする骨形成に必須の素材の不足を来たし軟骨形成のみが、後者では直接骨が出来ると解釈された。
今後これらの担体を用い、各種の細胞外タンパク質、18Kタンパク質、グリコサミノグリカン(ヘパリン)などの補助因子としての効果を調べていく予定である。

Research Products

• [Publications] Kuboki,Y.: "Amino-Terminal Location of Pyridinoline in Dentin Collagen." Connective Tissue Research. 29. 87-98 (1993)
• [Publications] Fujisawa,R.: "Differences in composition of cell-attachment sialoproteins between dentin and bone." J.Dent.Res.72. 1222-1226 (1993)
• [Publications] Sasano,Y.: "BMPs induce direct bone formation in ectopic sites independent of the endochondral ossification in vivo." The Anatomical Record. 236. 373-380 (1993)
• [Publications] Wada,Y.: "A simple method to survey proteins which affect in vitro mineralization" Jpn.J.Oral Biol.35. 439-442 (1993)
• [Publications] 久保木芳徳: "コラーゲン線維の生化学" 医学のあゆみ. 165. 363-366 (1993)
• [Publications] 久保木芳徳: "骨再建の原理" 歯科ジャーナル. 38. 397-407 (1993)