生体イメージングとバイオインフォマティクスで解き明かす歯牙移動の制御

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K10160
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 石原 嘉人 岡山大学, 歯学部, 客員研究員 (70549881)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中條 真奈 (橋本真奈) 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (80824581)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 歯根膜

Outline of Annual Research Achievements

矯正歯科治療に代表される歯の移動は、周囲の骨改造によって生じ、歯へのメカニカルストレスがそのプロセスの起点となる。歯の移動には、歯へのメカニカルストレスを感受する組織である歯根膜を介した骨代謝調節機構が必要であると考えられてきたが、そのメカニズムは依然解明されていない点が多い。本研究は、歯根膜のメカニカルストレスを介したCa2+シグナルの動態について生体周囲環境を残した生きた組織で解析し、バイオインフォマティクスで得られた骨代謝とCa2+シグナルに共通する変動因子と情報統合することで、臨床応用へ繋がる歯の移動制御メカニズムを明らかにすることを目的とする。
令和3年度及び4年度の研究成果において、矯正治療患者の便宜抜去小臼歯から歯根膜組織を採取し、生細胞内Ca2+蛍光指示薬で組織内に存在する歯根膜細胞を生きた状態のまま 蛍光標識することに成功した。また、共焦点レーザー顕微鏡を用いた連続断層撮影によって3次元構築を行ったのち、経時的な時間情報の取得を行った。その結果、短時間ではあるものの、立体構築した細胞のCa2+の変動に関する経時的データを取得することに成功した。
令和5年度の研究計画では、これまでに確立した新規実験手法を基盤として長時間での変化を追うことを試みたが、現時点で安定したデータ取得には至っていない。一方で、３次元構築とタイムラプス観察を同時ではなく別々に行う実験系を立ち上げ、一定の成果を得ている。今後は、これまで得られた成果を論文にすることを進める一方で、これまでに得られた研究結果をMicroarrayによる網羅的な遺伝子発現解析および未知遺伝子を含むトランスクリプトーム解析へと発展させていく予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染症が令和5年度より5類相当へ変更され、物流の回復など状況は改善したものの、長時間での検討に際しての技術上の障壁を解決する事が想定以上に困難を極めている。このチャレンジは、観察中の蛍光色素の退色が想定以上に大きい事と、観察組織の固定が安定しない事に起因するデータの不均一性を解決する必要があった。観察手法や時間軸の設定変更など実験条件の最適化を検討したが、現時点で安定したデータ取得には至っていない。また岡山大学歯学部棟の改修に際し、実験を行う環境整備に支障をきたしている事も影響している。

Strategy for Future Research Activity

Ca2+の変動を4次元で長時間捉えることに技術上の障壁があるため、代替案として計画した３次元構築とタイムラプス観察を別々に行う実験系で得られた結果を元に研究成果を論文にまとめていくことを検討している。また、上記実験で得られたカルシウムシグナルの結果と並行してメカニカルストレスを負荷したヒト歯根膜からmRNAを抽出し、メカニカルストレス群ならびに対照群についてMicroarrayによる網羅的な遺伝子発現解析を進める。

Causes of Carryover

上述にもあるように、主たる実験施設の移設があったため、実験の進捗が遅れている。これらに関連し、当初予定していた網羅的な遺伝子発現解析および未知遺伝子を含むトランスクリプトーム解析の委託に至っていないためである。今後は実験の進捗状況に応じて順次使用を予定している。

Research Products

• [Journal Article] Bundling of collagen fibrils influences osteocyte network formation during bone modeling (2023)
  • Author(s): Hashimoto M, Takahashi H, Tabata-Okubo K, Nagaoka N, Tokunaga K, Matsumori H, Ishihara Y, Kaku M, Iimura T, Hara T, Kamioka H.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 13 Pages: 22028
  • DOI: 10.1038/s41598-023-48786-y
  • Peer Reviewed / Open Access