血行性幹細胞供給システムを利用した歯の移動制御の新戦略：核酸医薬開発に向けて

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K09829
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 石田 雄之 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (00516297)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 細道 純 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (00420258)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 歯科矯正学 / ケモカイン / 歯の移動 / 破骨細胞集積 / SDF-1 / CXCR4

Outline of Annual Research Achievements

近年、骨折治癒過程における局所骨代謝活性化に、SDF-1が血行性幹細胞供給メカニズムを介し重要な役割を果たしていることが報告された。我々はその点に着目し、これまでSDF-1/CXCR4シグナル抑制が矯正的歯の移動量を減少させること、またSDF-1が破骨細胞の歯根膜圧迫側への集積に深く関わることを発見した。また、これらの研究結果を臨床応用する方法として、歯周組織に対する非侵襲性の核酸医薬導入法を開発し、国内外の学会で高く評価を受けてきた。
本研究では、これらの成果を発展させ、骨髄幹細胞が血行性供給システムを介し局所集積する動態を理解し、そのシステムを利用した歯の移動制御を核酸医薬を用いて行うことを目的とし、１）矯正的歯の移動時の歯周組織内におけるSDF-1発現動態の解明、２）歯の移動時のSDF-1/CXCR4シグナルと血行性骨髄幹細胞供給メカニズムの解明、および３）SDF-1に対する核酸医薬を利用した歯の移動制御法の開発、を行うものである。
平成31年度は、SDF-1による破骨細胞の局所集積の効果範囲の探索に関する研究を行った。具体的には、SDF-1拮抗薬であるAMD3100を用いて、AMD3100の継続投与を行う群と、局所投与を継続的に行う群とを作成し、破骨細胞の局所集積を抑制する効果が、局所的投与によっても抑えることが可能であるか、また投与部位から距離の離れた場所においても同様の効果が発揮されるのかについて検討した。その結果、一定距離以上離れ部位への影響は限定的となること、また局所投与であれば投与量をかなり抑えても同様の効果が発揮されることが明らかとなり、その結果を論文としてまとめた。
また、当初困難であった骨髄移植モデルの安定した作成について、研究方法を一部変更することで、モデル作成の安定化が期待できることが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画の順序は異なるものの、研究期間内で行う項目について、設定したマイルストーンは順調にこなしているため。また、現在研究計画を遂行するにあたって、移植モデルの作成が必須であったが、移植後に大腿骨内の移植細胞の確認ができない等、移植モデル作成についてはいくつかの大きな問題が認められた。しかし、共同研究者に相談し、実験方法を一部変更することで、安定した移植術を得ることができたため、今後は順調に進捗できるものと考えているため。

Strategy for Future Research Activity

令和２年度は、血行性細胞供給システムにおけるSDF-1の働きを調査するため、困難であったGFPラベリングラットの骨髄移植モデルを完成させ、骨髄細胞の採取・培養および放射線
照射後の培養骨髄細胞移植法を確立する。蛍光識別したラット由来の骨髄を移植することで、矯正力による歯の移動時に、どの程度の血行供給がなされているのかをIVISを用いて確認する。
続いて、上記モデルを組み合わせ、矯正的歯の移動中の歯周組織内SDF-1発現と血行性骨髄系幹細胞の動態との関連を調査し、血行性幹細胞供給メカニズムについて探求する。具体的には、ラットの移動モデルを用いて、放射線照射後、GFPラット由来の骨髄細胞を移植した群と非処置群を作成し、歯の移動様相、歯槽骨骨パラメーターの変化、並びに歯根形態の変化についてマイクロCTを用いて解析する。また、移植した骨髄細胞の動態についても蛍光マーカーを用いて解析する。その後に、同様のモデルを用いて、全身性にSDF-1/CXCR4シグナルを阻害するAMD3100を投与し、圧迫側歯根膜への血行性骨髄系幹細胞供給にSDF-1/CXCR4シグナルがどのように影響るかに関して、検証する。
最後に、SDF-1/CXCR4シグナル阻害するためにSDF-1のsiRNAを利用し、その歯周組織への局所投与法による歯槽骨代謝の局所制御が可能かを検討し、歯槽骨代謝の新たな制御法の開発を目指す。具体的には、歯根膜に対するPLGAナノ粒子のDDSキャリア有用性の検討を行い、それを用いて歯の移動に伴う血行性幹細胞供給に局所的なSDF-1発現制御が与える影響について探求する予定である。

Causes of Carryover

研究遂行にあたり、発注予定物品がコロナウィルス感染拡大により年度内に届かないロジスティクス上の問題があり、前年度内に購入ができなくなってしまったため。次年度に購入を予定している。