Bone and tooth differentiation induced by BMP and rapamycin

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K10177
• Research Institution: Tsurumi University
• Principal Investigator: 大井田 新一郎 鶴見大学, 名誉教授, 名誉教授 (10114745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺島 達夫 鶴見大学, 歯学部, 非常勤講師 (20114770) ; 山本 竜司 鶴見大学, 歯学部, 講師 (20410053) ; 唐木田 丈夫 鶴見大学, 歯学部, 講師 (40367305) ; 大熊 理紗子 鶴見大学, 歯学部, 学部助手 (50804887) ; 斉藤 まり 鶴見大学, 歯学部, 助教 (60739332)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ラパマイシン / BMP / 歯の再生 / 骨の再生

Outline of Annual Research Achievements

歯及び骨の形成へのBMPとラパマイシンの作用を調べるため2種類の実験を行った。歯の形成については、ブタ歯髄由来の象牙芽細胞様株細胞(PPU-7)を用いた3次元培養とマウスの歯胚を用いた器官培養でその効果を検討した。その結果PPU-7を用いた3次元培養ではBMPにより細胞塊は球形に大きく成長し、非脱灰標本では厚い細胞層に囲まれた石灰化組織が観察された。脱灰標本では中心部の石灰化組織は細胞成分と有機質基質から構成されていることが明らかとなった。ラパマイシンを投与すると球形の細胞塊は小さくなり、組織標本では石灰化部位を取り巻く周囲の細胞層が薄くなっていることが観察された。脱灰後カルシウムを測定すると、BMP投与では細胞塊は大きくなりカルシウムの絶対量は増加するが、球形の細胞塊の体積あたりのカルシウム含有量はBMP未投与の群と大きな差はなかった。ラパマイシンの投与では細胞塊の体積あたりのカルシウム量は著しく増加した。以上の結果からBMPは細胞分裂と基質形成を促進し、ラパマイシンは石灰化を促進することが明らかとなった。マウス歯胚の器官培養系でもマイクロX線撮影と組織標本の結果から象牙質の形成に関して同様の傾向が認められた。
骨形成に関する研究では、マウス筋由来の骨芽細胞系株細胞(C2C12)を用いて、BMPとラパマイシンの効果を調べると共にこれら物質の作用に影響を与える物質について検討した。その結果、 BMPとラパマイシンそれぞれ単独でもアルカリホスファターゼ(ALP)活性の上昇と石灰化の促進が認められ、両者を同時に加えると相乗効果的にどちらの反応も著しく促進された。またBMPやラパマイシンの効果を促進または抑制する物質がいくつか見つかり、これらを用いて現在シグナル伝達経路の解析中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

歯の再生へのBMPとラパマイシンの効果については、結果を整理次第発表し論文投稿を通じて結果を公表する予定であったが、コロナ禍で学会発表を延期したため公表がやや遅れている。
マウス筋由来の骨芽細胞系株細胞(C2C12)を用いた骨再生の研究では、実験に用いる予定の試薬入手に時間がかかり予備実験の進行がやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

歯の再生へのBMPとラパマイシンの作用についてこれまでの結果の再現性を確認するとともに、さらに酵素抗体法やインサイチューハイブリダイゼーションを用いた形態学的研究を進め BMPとラパマイシンの作用機構について詳細に検討する予定である。
骨の再生についての研究では、BMPやラパマイシンのシグナル伝達経路への促進薬、阻害薬を用いその作用機構を解明する予定である。

Causes of Carryover

発注試薬の一部が当該年度中に納入されなかったため次年度使用額が発生した。この分については再度検討し類似試薬を発注し計画通り実験を進める予定である。