2020 Fiscal Year Annual Research Report
The establishment of novel bone regenerative therapies utilizing the Periodontal ligament stem cells / demineralized Dentin matrix hybrid grafting materials
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18H02997
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大久保 直登 北海道大学, 薬学研究院, 助教 (00553207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北川 善政 北海道大学, 歯学研究院, 教授 (00224957)
村田 勝 北海道医療大学, 歯学部, 教授 (00260662)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 歯根膜幹細胞 / 象牙質移植材 / ハイブリッド移植材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、既存の骨再生医療用移植材では対応が困難な顎骨内良性腫瘍摘出術に伴う顎骨内の区域切除後などに生じる顎骨内大型骨欠損の再生に対応しうる新規の骨再生移植材を開発することである。本技術開発に成功すれば、骨再生技術が向上することにつながり、これにより口腔外科手術レベルの向上、および顎骨切除術後に生じる著しいQOLの低下を防止することにつながることが期待され、本研究テーマの意義は大変大きいと考えている。本研究最大の特徴は、①『象牙質移植材(DDM)』と②『幹細胞性の高い新規歯根膜幹細胞(PDLSC)』の2種類の独自特許技術を融合させDDM/PDLSCハイブリッド移植材として併用することで大型骨欠損部の骨再生治療を実現させることである。そのための目標課題として、『①の最大の欠点であった自家移植の改善策を検討し異種移植ベースのDDM移植法を完成させること』、『②の免疫寛容性を利用し、ヒト抽出PDLSCを他家・異種移植ベースにその安全性を確認し応用するための最適化されたプロトコールを作成すること』を設定した。
３年目までの研究実績として、DDMの原料としての異種動物の選定・および選定した原料動物の象牙質をヒト医療用の素材として使用することに関して、『生物由本原料基準』に適合するという判断を、一部の要件をクリアするという条件付きで得ている。また、移植材の形態として、顆粒形態をベースで検討していたが、由来動物の歯の大きさを利用することで、ヒトの歯を用いた自家移植ベース医療では実現できない、大型骨欠損に対応しうるブロック形態や膜状形態など、DDMの利点を保持したまま、顆粒以外の形態の移植材を開発できるという可能性が見えてきている。残りの研究期間内に、各種形態の作成方法の検討や、再生能力の確認などを行っていく方針である。
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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
本研究の2大テーマとして、『①の最大の欠点であった自家移植の改善策を検討し異種移植ベースのDDM移植法を完成させること』、『②の免疫寛容性を利用し、ヒト抽出PDLSCを他家・異種移植ベースにその安全性を確認し、応用するための最適化されたプロトコールを作成すること』を設定している。
３年目までの研究実績として、①においてはDDMの原料としての異種動物の選定が終了し、この選定過程において、DDMの新たな加工方法及び利用方法の開発に成功した。また、異種移植ベース技術であるため、最終的にヒト医療に応用できなければならないが、その過程において最も重要であるのが、本移植材が生物由来原料基準に適合することも条件付きではあるがクリアしている。加えて、患者さん本人の歯を用いた自家移植ベースの欠点の一つとして、チェアサイドでの短時間での作成が基本であったために無しえなかった、移植材作成の作業工程の工夫を行うことでの、移植材の性能向上にも着手しており、これまでに、複数の作業工程を追加することにより、移植材の足場機能を向上させることに成功している。これにより、骨再生に寄与する歯根膜幹細胞の性能強化が期待できる。
一方、②の歯根膜幹細胞の効率的な抽出方法においても、培養条件に工夫を加えることで、歯根膜組織中には約0.1％の割合でしか存在しないといわれているマラッセの上皮遺残等の上皮組織由来の歯根膜上皮系幹細胞を、圧倒的に数で勝る間葉系幹細胞に淘汰されることなく抽出する方法を見出した。この歯根膜由来上皮系幹細胞は、これまでの歯根膜で報告されている上皮系幹細胞とはその遺伝子発現プロファイルが大きく異なり、加えて、FGF2やBMP2などの骨再生に寄与しうる複数のサイトカインの分泌性能が大幅に向上していることを見出している。
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| Strategy for Future Research Activity |
①のテーマにおいてはDDMの原料としての異種動物の選定が終了し、この選定過程において、DDMの新たな加工方法及び利用方法の開発に成功した。また、素材動物の使用に関する生物由来原料基準の適合も条件付きで得られている。これにより、本移植材の医療応用に対する実現性が大きく高まったと判断している。①の今後の研究推進方針として、この新たな加工方法による治療効果に関して、チェアサイドで作成していた自家移植十時とは異なり時間をかけた加工が可能となったため、さらなる移植材としての性能強化を目指す。DDMは素材がタイプ1コラーゲンであるため、②の歯根膜幹細胞の適した足場となるが、足場としての性能を強化することで、幹細胞の性能を強化できるため、ハイブリッド移植材としてのおおきな性能強化をはかることが可能であると期待できる。
一方、②のテーマである歯根膜幹細胞の効率的な抽出方法においても、我々独自の方法で、歯根膜由来上皮系幹細胞を抽出することに成功した。抽出した歯根膜上皮系幹細胞は、これまでに報告されている歯根膜由来上皮系幹細胞と歯その遺伝子発現プロファイルが大きく異なったユニークな幹細胞であることが判明しており、加えて、再生に寄与する可能性の高い複数のサイトカインの分泌量が、著しく高いこともを見出している。今後の研究推進方針として、DDM形態上で幹細胞を様々な条件で培養し、細胞増殖試験などによる機能的な解析を行う事で、歯根膜幹細胞のDDMコート最適化プロトコールを検討することを昨年度に引き続き継続し最終開発目標である『DDM/PDLSC ハイブリッド移植材』の完成度を高めることを目標とする。さらに、このプロトコールは、DDMのみならず、チタン金属に対するコートにも応用できると考えており、この歯根膜幹細胞を応用した、歯根膜付きインプラント技術の開発につなげたいと考えている。
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