仮骨延長部位への超音波遺伝子導入法を用いた骨形成遺伝子導入とその骨形成能促進効果

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17592117
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: 関谷 秀樹 東邦大学, 医学部, 講師 (70267540)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸山 一雄 帝京大学, 薬学部, 教授 (30130040) ; 根岸 洋一 東京薬科大学, 薬学部, 講師 (50286978) ; 高垣 裕子 神奈川歯科大学, 歯学部, 助教授 (60050689) ; 滝澤 知子 帝京大学, 薬学部, 助手 (90260934) ; 瀬戸 皖一 鶴見大学, 歯学部, 教授 (60064367)
• Keywords: メカニカルストレス / 遺伝子導入 / 超音波刺激 / FGF / COX2 / 非ウイルスベクター / 仮骨延長

Research Abstract

われわれはメカニカルストレス存在下の骨分化調節因子として、FGFシグナルを活性化するために、仮骨形成する際に、非ウイルスベクターによるFGF遺伝子を局所注射により導入し、その後通常通り仮骨延長を行うことを発案した。従来行われていなかった遺伝子導入法を、非ウイルスベクターを用いて安全に行い、細胞分化とメカニカルセンシングを促進することで分化調節と細胞動員が意図的になされれば、効率の良い仮骨延長が実現可能であり、骨形成のVolume調節が可能となるであろう。
効果判定として、従来より行っている低出力超音波パルス照射群、WNT3aに対して仮骨延長を行い、比較検討を行う予定で実験系を開始した。しかし本年では、マウス骨折モデルの仮骨部分に対して、遺伝子導入した後の骨形成効果について、比較検討するにとどまった。
その結果、仮骨周囲の筋組織にFGF遺伝子が導入されることによって、持続的にFGFタンパクを仮骨へ向かって放出することが確認された。そのFGFタンパクによって仮骨量は増大し、骨化も促進することが結果として明らかになった。
一方、COX2-PGE2生成系は、機械的刺激が破骨細胞を誘導しない範囲で軟骨の架橋を促進後、骨化させることを昨年の研究で明らかにしており、そのメカニズムは、超音波刺激はFGFシグナル、COX2-PGE2生成系の双方を活性化することで、骨芽細胞や線維芽細胞の増殖を促し、同時に超音波によって活性化されたCOX2-PGE2生成系は血管成長因子やMMPsの活性化を行い、骨のリモデリングが起こることを明らかにした(投稿中)。
すなわち、FGFによる線維性仮骨のボリュウムの増加とメカニカルストレスによる骨化の促進が、骨量を増幅させる要因になっていることが予想される。これを臨床応用すれば、仮骨延長後にはシャフトの太い、再建骨が得られることが予想される。