New innovation of jaw bone reconstruction using octacalciumphosphate/collagen composite and iPS cells

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K09988
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高橋 哲 東北大学, 歯学研究科, 名誉教授 (60226850)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩間 亮介 東北大学, 大学病院, 助教 (20866628) ; 江草 宏 東北大学, 歯学研究科, 教授 (30379078) ; 鈴木 治 東北大学, 歯学研究科, 教授 (60374948) ; 鎌倉 慎治 東北大学, 医工学研究科, 教授 (80224640)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: リン酸オクタカルシウム / iPS細胞 / 骨再生医療

Outline of Annual Research Achievements

OCP/CollagenとストックしたiPS細胞を応用することで、自家骨や骨髄を採取することなく大規模な顎骨再建が可能になるものと考えた。OCPによる未分化細胞の骨芽細胞様細胞への分化促進はこれまでの報告で証明されており、OCP/CollagenにiPS細胞を組み合わせることで、iPS細胞は骨再生に関わる細胞へと分化させ、OCP/Collagenによる骨再生を向上させるように働く確信を得ており、本研究ではそれをin vivoにより確認し、速やかなるヒト顎骨への応用を目指す。

マウス口腔内粘膜から iPS 細胞の採取を行い、OCP/Collagen に組み合わせて培養を行い、iPS 細胞の骨芽細胞様細胞への分化能を評価する。マウス iPS 細胞は、 研究分担者である江草宏教授(東北大・歯)らの手法を用い、マウス歯肉由来のiPS 細胞を使用する(Egusa et al., ProS One, 2010)。径 9mm、厚さ1mmのOCP/Collagen ディスク上に採取した iPS 細胞を播種し、骨芽細胞様細胞へと分化を誘導する培地中で培養を行う。これまでの報告から、分化誘導培地で培養した iPS 細胞は 20 日間から 30 日間で骨芽細胞様細胞へと分化促進することが確認されていることから、OCP/Collagen ディスク上で培養した iPS 細胞は OCP の作用により、分化に要する期間が短縮されていると考えられる。分化度の評価には、アルカリフォスファターゼ活性や、アリザリンレッドによる染色が有用であるため、これらの評価を行って分化度や、分化に要する期間を評価する。OCP/Collagen ディスク上の iPS 細胞の増殖、分化能の評価は研究分担者ある鈴木治教授(東北大・歯)が行う。これらの実験により、骨再生に必要な骨芽細胞様細胞、それら細胞や OCP が放出する成長因子、コラーゲンや分化促進した細胞による石灰化物が足場となり、骨再生に最適な担体材料が完成する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

東洋紡からのOCP/Collagen供給が一時停止したことに伴い、実験計画を一部変更した。iPS細胞からの骨芽細胞様細胞への分化・同細胞のストックは順調に進んでおり、OCP存在下での培養を行っている。

Strategy for Future Research Activity

in vitroでの実験が順調に進めばin vivoへ移行する

Causes of Carryover

OCP/Collagenの供給が一時停止したことに伴い、研究の進行も停止した。回復の見込みがあるため、次年度も継続して研究を進める。