Development of novel bone replacement material using PDGFRa(+) mesenchymal stem cells migration system

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K10172
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 森川 暁 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (00424169)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮下 英高 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (20445290)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 新規骨補填材 / 骨欠損 / 間葉系幹細胞 / 骨誘導

Outline of Annual Research Achievements

既存の歯周組織再生療法や骨増生術は一定の効果を上げているものの、安全性や適応外使用、臨床的ハンドリングなどの改善点を多く抱える。本研究では、開発中のβTCP＋ポリ乳酸＋炭酸カルシウムの骨リモデリング機能を強化させ、さらに生体に内在する間葉系幹細胞を再生させたい場所に誘導する「間葉系幹細胞誘導システム」を付与することで、動物由来材料から脱却した骨リモデリング機能を有する幹細胞誘導型硬組織再建・再生材料の開発を目指す。外部から細胞移植を行うことなく骨再生治療を達成することから、医療機関の全てで使用することが可能であり、口腔領域に限らず、「骨」を対象とする整形外科や形成外科での実用を可能にする基盤研究を行うことを計画した。2020年度は当初予定していた産学連携共同研究施設の変更が行われ、幸いにも本プロジェクトに賛同してくださる新たな産学連携研究施設の目処がついた。また新たに他大学との共同研究計画も立ち上げ、生物材料に依存しない新規骨補填材の開発および、口腔領域疾患への応用を展開していくこととなった。2021年度は共同研究者とげっ歯類での大型動物を用いた顎骨欠損モデルを確立することに注力し、現在新規骨補填材料の評価系を構築するべく、臨床で用いられている（適応が認められている）ガイストリッヒ バイオオス, b-TCP, 炭酸アパタイトを用いて、自家骨置換率を組織化学的に検証しており、来年度の新規補填材料との比較実験に進む予定である。また来年度にはラット顎骨欠損モデルも確立することで、分子生物学的にも検証手段の方法が拡がり、骨置換部分の間葉系幹細胞の動態を評価する予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2021年度も新型コロナウィルス感染拡大による対面での共同研究の制限により、予定していた共同動物実験の進捗に影響を受けた。学会参加による情報収集や、共同研究者との対面式での共同研究ができなかったことも、本研究の進捗に影響している。しかしながら、共同研究者と大型げっ歯類の定量的骨欠損モデルの作成に着手し、開発中の新規骨補填材料と比較する既存材料を用いた移植実験を進行している。

Strategy for Future Research Activity

大型げっ歯類モデルは継続させる。また、新規骨補材料がどれほど自家骨に置換しているかを解析するために、画像評価や免疫組織学的手法の他に、幹細胞ニッチの観点から解析を進める予定である。大型げっ歯類モデルは小型げっ歯類モデルに比較して、より臨床に近い「骨欠損形態モデル」の作成および、臨床的評価が可能であるが、分子生物学的手法が限られている。来年度はこの点を克服するべく、中型げっ歯類モデル作製と評価に取り組む。

Causes of Carryover

新型コロナウィルス感染拡大により、共同研究を進めていく上での移動や場所に制限が生じ、動物実験計画数を下回った。また、研究活動を行っていく上で非常に重要な国際学会および国内学会がwebでの参加のみとなったため、その分の未使用額も生じた。しかし、この次年度1年間の猶予を頂いたことで新たな骨欠損動物実験モデルの作製と評価が可能になったと考えており、着実に骨欠損モデルの作成と開発材料の移植、評価を進めていく予定である。