カーボンナノマテリアル誘導骨芽細胞活性化機序に基づく骨形成促進薬の開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K18495
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 出田 宏和 信州大学, 医学部附属病院, 医員 (00838534)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: カーボンナノホーン / 骨芽細胞

Outline of Annual Research Achievements

我々はカーボンナノホーン（CNH）を暴露したMC3T3-E1マウス前骨芽（MC）細胞で骨芽細胞の分化マーカー遺伝子の発現が増加する現象を捉えた。この細胞分化誘導は何らかのレセプターを介している事が予想されることから、我々はこのレセプターを介する新たな骨芽細胞を標的とする骨形成促進薬の開発を目的としている。
昨年度までの研究ではCNHによるMC細胞における分化マーカーの発現促進作用のメカニズム解明は必ずしもCNHがMC細胞のレセプターに直接、作用しているのではないという可能性が示されていた。これはMC細胞の透過型電子顕微鏡（TEM）像でCNHがたくさん細胞内に取り込まれている一方で細胞膜にトラップされているCNHはほとんどなかったからである。そこで今年度はいくつかのCNHと同程度の大きさであるナノマテリアルによる分化マーカーの発現変化調べたが、同じカーボン素材であるカーボンブラックでさえも分化促進は見られず、CNHで観察されたCNH内包細胞外小胞も見られなかった。さらにナノサイズリン酸カルシウムが骨芽細胞の分化促進する事と併せた結果から我々はCNHによる骨芽細胞の分化マーカー遺伝子の発現増加はCNHによる直接的な膜レセプター刺激によるものではなく、CNHが石灰化小胞の類似形状となって放出された細胞外小胞による可能性が示された。
また、昨年度までにMC細胞を使った実験の再現性の不安定性はアスコルビン酸（AA）がキーポイントであることが明らかとなっている。ベース培地によってAAの要求性が異なり、結果として石灰化のメカニズムも異なった。今年度、ヘテロであるMC細胞をクローン化し、さらにその性質を調べたところ、石灰化が誘導されるクローンと誘導されないクローンの存在が明らかとなり、さらにDMEM培地ではMC細胞が生存するために必要な因子が培地中に分泌されている事が明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] Current Methods in the Study of Nanomaterials for Bone Regeneration. (2022)
  • Author(s): Tanaka M, Izumiya M, Haniu H, Ueda K, Ma C, Ueshiba K, Ideta H, Sobajima A, Uchiyama S, Takahashi J, Saito N.
  • Journal Title: Nanomaterials (Basel). Volume: 12 Pages: 1195
  • DOI: 10.3390/nano12071195
• [Journal Article] Evaluation of MC3T3-E1 Cell Osteogenesis in Different Cell Culture Media. (2021)
  • Author(s): Izumiya M, Haniu M, Ueda K, Ishida H, Ma C, Ideta H, Sobajima A, Ueshiba K, Uemura T, Saito N, Haniu H.
  • Journal Title: Int J Mol Sci. Volume: 22 Pages: 7752
  • DOI: 10.3390/ijms22147752
  • Peer Reviewed / Open Access