修飾一本鎖miRNAを搭載した新規遺伝子活性化人工骨基質の開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K17011
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 楢原 峻 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 助教 (50827615)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 骨再生 / GAM

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は骨形成を制御するmicro(mi)RNAを搭載した修飾核酸医薬を応用し、局所で強力に骨形成を誘導する新規遺伝子活性化基質（gene activated matrix: GAM）を開発することである。具体的には、骨誘導や炎症抑制、血管形成などに関わる複数の遺伝子発現を制御するmiRNAを、生体内で分解されにくいように化学修飾した一本鎖miRNAを応用することによって効率的に骨形成を誘導するGAMを開発する。【MSCの骨芽細胞分化に関連するmiRNAの選定】 ラット骨髄より単離した間葉系幹細胞（MSC）の、骨芽細胞分化前と分化誘導後で変化するmiRNAの発現の網羅的な解析を行った。そのうち変化の大きかったmiRNAの標的遺伝子をSanger InstituteのmiRBaseにて検索し、骨芽細胞分化、血管新生、抗炎症効果、細胞増殖などの働きを促進するmiRNAを選定を行っている途中である。【修飾miRNA導入細胞の遺伝子解析】 機能のわかっているmiR20aを化学修飾した一本鎖RNAを作成した。miR20aを骨再生局所に遊走する骨髄由来間葉系幹細胞（MSC）、線維芽細胞、マクロファージあるいは血管内皮細胞といった細胞へ導入した場合の細胞導入効率や特性変化について、in vitroで評価を行っている。
【GAMの作成条件とmiRNAを搭載した有用性の検討】 miR20aを化学修飾し、人工骨基質であるオクタリン酸カルシウム/コラーゲン（OCP/Col）、β-リン酸三カルシウム（βTCP）に吸着させ、骨誘導能を有する新規GAMの作製を行った。作製したGAMをラット頭蓋骨欠損および増生モデルに移植し、骨再生に対する有効性を評価した。現在進行中で移植→解析を行っている。N数がまだ足りないが、有意な骨再生を認めるラットモデルもあり、今後の成果に期待ができる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目的は、優れた骨誘導能を持つmiRNAに化学修飾を与え、それをGAMに搭載し、局所で強く骨形成を誘導するGAMを開発することにある。前述したようにGAMに搭載したmiR20aが複数の遺伝子発現を制御することで優れた骨誘導能を発揮することが、すでに研究代表者らの実験結果から示されている。今回の研究ではよりよいmiRNAの選定も含まれていたが、現在の状況ではこれまでの結果と変わらず、さらに低容量での骨再生が可能となるようなモデルもできてきており、当初の計画どおり、進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

【安全性の評価】 核酸医薬品では標的RNA配列と同一あるいは類似した配列を持つRNAの発現が抑制される相補的結合依存的オフターゲット効果と、それ以外の要因や自然免疫の活性によって起こる非依存的オフターゲット効果が問題となる。オフターゲット効果を起こさない低容量で高い骨誘導能を発揮する条件を検討する必要がある。これは製品化を目指す上で、有害事象の少ないGAMの作製が必須となる。

Causes of Carryover

研究に必要な機材が想定よりも安価で購入できた、それを補うように研究の進捗が見られたが、次年度へと繰り越す金額が出た。次年度はラットの購入費用、分析機器、発表するための旅費等に使用する予定である。