2017 Fiscal Year Research-status Report
骨細胞を介したオステオネットワークによる顎関節力学的負荷応答性メカニズムの解明
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17K17315
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
門田 千穂 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 日本学術振興会特別研究員 (30736658)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 顎関節 / 骨細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
力学的負荷と顎関節の関連性については、機能的矯正装置使用時に見られるように、力学的負荷に対して下顎頭は成長促進を示すとされる一方、成長終了後は過剰な力学的負荷による下顎頭・関節窩の吸収や変形を呈する場合もあり、条件によっては相反する変化を示す事が報告されている。現在、顎関節の力学的負荷応答性メカニズムに関する解析が進んでいるものの、細胞の動態およびシグナル伝達については不明な点が多く、未だ歯科臨床では力学的負荷が時間・空間的に顎関節へ与える影響を予測し制御する事は困難である。顎関節への力学的負荷を感知するのは、メカノセンサーを持つ軟骨細胞もしくは骨細胞と考えられるが、それらの細胞が顎関節、特に下顎頭においてどのような機能を持つ不明な点が多い。本研究では、力学的負荷が顎関節に存在する骨細胞、および骨細胞を取り巻くオステオネットワークに与える影響について分子生物学的観点から明らかにし、顎成長・顎関節変形制御に関する知見を獲得し、臨床応用への礎を築く事を目的とする。具体的には、顎関節に力学的負荷を与え、顎関節の成長および変形を引き起こす動物モデルを用い、骨細胞の表現型および細胞間コミュニケーションの解析を軸として、年齢依存性および応力依存性の検討を行う。骨細胞から分泌されるシグナル因子の同定および生体内での機能解析を目指す。本年度は、成獣マウス咬合挙上モデル（下顎頭変形モデル）を作成し、主として顎関節骨細胞および周囲に存在する骨代謝関連細胞の組織化学的・免疫組織学的解析を施行した。下顎頭における骨細胞の存在が認められたため、現在骨細胞マーカーを用いて機能的解析を進めている。研究成果の一部を国際学会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現段階では、成獣マウス咬合挙上モデル（下顎頭変形モデル）の作成を行い、体重測定ならびにマイクロCTを用いて実験系が確立しているかどうかを確認した。マイクロCT解析では、軟骨下骨組織においてBone volume per tissue volume(BV/TV)の減少を示し、下顎頭における退行性の変化が認められた。これにより力学的負荷による顎関節の応答性を確認する事ができたため、さらに顎関節骨細胞および周囲に存在する骨代謝関連細胞の組織化学的・免疫組織学的解析を施行した。トルイジンブルー染色より、軟骨層の菲薄化およびOAスコアの高値を認め、TRAP染色では破骨細胞分化の増加を認めた。以上の結果から下顎頭変形モデルの実験系成立の確認がなされたため、HE染色を用いた骨細胞数の計測ならびに骨細胞のマーカーであるSOST, DMP1を用いて免疫染色ならびにRT-PCRを行い、骨細胞分化の検討を行っている。今後成長期モデルにおける一連の表現型解析ならびに骨細胞の関与について実験系の確立を行いたいと考えている。また、力学的負荷と他の刺激因子が強調して顎関節に与える影響について検討したところ、下顎頭吸収の悪化を認めた。さらに、下顎頭から採取したRNAを用い、マイクロアレイ解析を行ったところ、炎症性反応の亢進を示唆するデータが得られた。この研究成果の一部を本年度の国際学会で発表した。初年度に計画していた内容にほぼ順じた研究の進捗状況となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
下顎頭変形モデルにおける表現型解析ならびに骨細胞の機能解析は順調に進んでいるため、今後は成長期モデルの確立ならびにin vitroの実験系を確立し、力学的負荷が骨細胞に直接的に与える影響を検討する。成長期モデルにおいては、実験に用いる適切な週齢の検討が必要であるため、3～6週齢のマウスを使用し予備実験を行う予定である。表現型解析には、マイクロCT、組織化学的解析（トルイジンブルー染色、TRAP染色）や免疫組織額的解析を行う事を計画している。また、in vitroの実験系においては、下顎頭変形マウス・成長期マウス下顎頭から初代培養細胞骨細胞の採取を試みる。細胞ストレッチ装置を使用して、力学的負荷時の表現型の検討を行う。細胞ストレッチシステムには、シリコンエラストマー製の特殊シリコン膜を使用したチャンバーに骨細胞を播種し、細胞に伸展力（伸展率最大20％）を与えて培養する方法を採用する。細胞の採取については、マウス下顎頭からの初代培養骨細胞の採取が困難な場合は、より高等な動物（ラット・ウサギ）等の使用も検討したいと考えている。さらには、顎関節に存在するもう一つの力学的負荷受容細胞である軟骨細胞に着目し、細胞ストレッチシステムで軟骨細胞を培養し、軟骨細胞から骨細胞に出されるシグナル分子が存在するかどうか検討を行い、最終的に下顎頭の退行性変化ならびに成長の過程において骨細胞がどのように機能しているかを分子生物学的な観点で検討する。
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| Causes of Carryover |
前年度までにすでに所有していた実験材料を用いたこともあり、予定していた一部の予算を執行せずに研究を進める事ができた。今後は当初予定していた2年目以降の計画通りに研究費を使用する予定である。
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