Bone and tooth differentiation induced by BMP and rapamycin

2023 Fiscal Year Annual Research 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 (10114745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺島 達夫 鶴見大学, 歯学部, 非常勤講師 (20114770) [Withdrawn] ; 山本 竜司 鶴見大学, 歯学部, 講師 (20410053) ; 唐木田 丈夫 鶴見大学, 歯学部, 准教授 (40367305) ; 大熊 理紗子 鶴見大学, 歯学部, 学部助手 (50804887) ; 斉藤 まり 鶴見大学, 歯学部, 助教 (60739332)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 / 石灰化

Outline of Annual Research Achievements

硬組織形成におけるラパマイシンと骨形成タンパク質(Bone Morphogenetic Protein: BMP)の相互作用を研究し、臨床応用への可能性を検討した。
骨形成に関しては、マウスの骨芽細胞系株細胞(C2C12)を用いて実験を行い、ラパマイシンとBMPの単独投与では、骨形成の指標であるアルカリホスファターゼ(ALP)活性が上昇し、石灰化の指標であるリン酸とカルシウムの量が増加した。さらに両者を同時に投与すると著しい相乗効果が認められ、骨芽細胞への分化誘導経路は両者の各種の阻害剤を用いた実験で、ある程度明らかとなった。
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)を用いた三次元培養で、BMPにより球状の細胞塊が成長し、組織標本では細胞層に囲まれた石灰化組織が観察された。ラパマイシンの投与では、球状の細胞塊は小さくなり、周囲の細胞層が非常に薄くなる傾向が認められた。石灰化を定量化するため、細胞塊を塩酸で脱灰後、脱灰液中のカルシウムを測定した。BMP投与では、投与量に比例して細胞塊は大きくなり、カルシウムの絶対量は増加するが、細胞塊の体積当たりのカルシウム量には大きな差はなかった。一方、ラパマイシンの投与では、細胞塊の体積当たりのカルシウム量は著しく増加した。マウス歯胚の器官培養系を用いた実験では、基質形成前の16.5日の歯胚にラパマイシンとBMPを加え、石灰化するまで培養し、マイクロＸ線撮影と組織標本で観察した結果、PPU-7を用いた三次元培養の結果と同様であることが確認された。
以上の結果から、ラパマイシンとBMPは、歯および骨の形成を促進することが明らかとなり、これらの物質はすでに臨床使用されているため、将来的な歯科領域への応用が期待される。