還元ストレスをiPS細胞の分化誘導に応用した新規骨再生技術の開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K18624
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡辺 隼 東北大学, 大学病院, 助教 (30822241)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: iPS細胞 / 骨再生 / レドックスバイオロジー

Outline of Annual Research Achievements

インプラント治療の適応を拡大する前処置として、広範で大規模な顎堤吸収や歯槽骨欠損を再建する骨造成術が臨床的に求められている。しかしながら、既存の骨造成術の効果は未だ十分ではなく、幹細胞を用いた新規骨再生技術の開発に期待が寄せられている。人工多能性幹細胞（iPS細胞）は自己組織化により、試験管内で三次元的な石灰化骨様組織を形成する。しかし、骨芽細胞分化誘導効率の低さが課題である。近年、細胞内還元ストレスを引き起こす生理活性物質が同定され、酸化ストレスを制御するだけでなく、幹細胞の運命決定に重要な役割を担うことが示唆されている。そこで、iPS細胞の骨芽細胞分化誘導過程において、細胞内に適度な還元ストレスを与えることで分化誘導を促進するアプローチを着想した。その方策として、骨芽細胞分化誘導において還元ストレスを与えることが可能な、活性イオウ分子種産生経路に作用する求電子性化合物を用いる。本研究の目的は、還元ストレスを応用したiPS細胞の骨芽細胞分化誘導技術を開発し、新たな顎骨再生技術の基盤を確立することである。
本研究成果により、マウスiPS細胞の骨芽細胞分化過程において、骨芽細胞分化誘導初期は後期と比較して、単位細胞当たりの酸化ストレスが低下していることが示唆された。一方、求電子性の化合物をマウスiPS細胞の骨芽細胞分化誘導培地に添加したところ、骨芽細胞分化マーカー遺伝子発現の増加を認めた。本研究成果は、細胞内の酸化還元状態の変化がiPS細胞の骨芽細胞分化を促進している可能性を示す知見であり、今後の骨再生技術開発の基礎的知見となることが期待される。