2021 Fiscal Year Research-status Report
生体と類似構造を有する三次元骨軟骨組織を用いた新規変形性関節症治療法の開発
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20K09504
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
下村 和範 大阪大学, 医学系研究科, 招へい教員 (40755998)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松崎 典弥 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00419467)
中村 憲正 大阪大学, 国際医工情報センター, 招へい教授 (50273719)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 骨軟骨組織 / 三次元組織 / 骨軟骨再生 / 血管構造 / 軟骨再生 / 骨再生 / 変形性関節症 / 生態内類似構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、生体内構造・機能を模した三次元骨軟骨モデルの作成のため、以下の実験を行い成果を得た。軟骨層は、人工膝関節置換術で得られたヒト軟骨細胞および軟骨基質に模して開発した光硬化性ハイドロゲルに２型コラーゲンを混和したものを細胞外基質として使用し、安定してより硝子軟骨に類似した三次元組織が作成が可能となった。次いで、血管網を有する三次元骨組織の作成では、細胞種、マトリックスの最適化のため様々な条件で比較検討を行った。細胞として間葉系幹細胞、骨芽細胞を比較検討し、またマトリックスとしては骨と同様の細胞外基質である１型コラーゲンをベースとして、まずはコラーゲンの最適な濃度の検討、さらにハイドロキシアパタイトの添加およびその濃度の至適化を行った。結果として、１型コラーゲンをマトリックスとして間葉系幹細胞とヒト臍帯静脈内皮細胞を共培養することで三次元的な血管網を有する骨組織様の三次元組織の作成に成功している。一方で、より本来の骨組織に近づけるため、ハイドロキシアパタイトを様々な条件下で添加を行っているが、現段階では安定した三次元組織の作成には至っておらず、引き続き至適な条件検討を続ける予定である。以上の軟骨様組織、血管網を有する骨組織を結合させることで、三次元骨軟骨組織の完成を予定している。これらの成果により得られた生体内と類似した三次元骨軟骨組織は、今後、変形性関節症治療薬の開発や骨軟骨再生治療の基盤研究となることが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前述の三次元軟骨組織の作成では、前年度に得られた成果により、安定して硝子軟骨に類似した三次元組織が作成が可能となっている。さらに血管網を有する三次元骨組織の作成では、より生体内構造に近づけるために、細胞外基質の候補として、様々な条件にて比較検討した。ベースとなる基質として、１型コラーゲンを用意し、様々な濃度で比較検討とし、さらに間葉系幹細胞とヒト臍帯静脈内皮細胞を共培養し、生化学的、組織学的に評価を行った結果、三次元的な血管網を有する骨組織様の三次元組織の作成に成功している。また、より骨組織に近づけるため、前述骨組織へ、ハイドロキシアパタイトを様々な条件下で添加を行っているが、濃度によるpHの調整に難渋しており、今後さらなる検討を予定している。以上の検討を早期に終了とし、早期の三次元骨軟骨の作成完了を目指していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は、前述の三次元骨組織の検討・作成に時間を要したため、令和4年度は、まずは、早期に血管網を有する三次元骨組織の完成を目指す。これらの結果を元に軟骨組織と組み合わせ、血管網を有する三次元骨軟骨組織の作成を目指す。
さらに、三次元骨軟骨組織に対し、炎症性サイトカイン（IL-1βなど）を投与し、関節炎を惹起、軟骨層へ変性をきたすがどうか検討する。組織学的に、軟骨層の破壊、血管侵入（血管層の拡大）を評価し、合わせて、正常三次元組織との比較にて遺伝子発現の評価を行う（軟骨形成マーカー:col2A1, sox9, Aggrecan, 軟骨変性・破壊マーカー: col10, MMP-1, 3, 13, ADAMTS-5, 骨形成マーカーRUNX2 など）。また別法として、変形性関節症の病態である軟骨破壊、血管侵入を反映して、軟骨層を薄く、血管層を厚くした三次元モデルの作成も行う。さらに同時並行に、これらのモデルが関節症を反映しているかどうか検討するために、動物関節症モデル（マウス膝関節靭帯切離モデル等）を比較対象とし、組織学的検討、生化学的検討（遺伝子発現など）を行う。
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| Causes of Carryover |
予定していた学会参加が、コロナウイルス感染症の影響でオンライン学会となり、旅費の使用が減少したため。
繰越分は、主に次年度に予定している動物実験にて使用予定。
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