2022 Fiscal Year Research-status Report
帯電による結合作用を利用した新規石灰化促進タンパク質製剤の開発
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21K17018
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
長崎 敦洋 東北大学, 大学病院, 助教 (20890528)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 骨 / セメント質 / 歯周組織 / 再生医療 / リン酸/ピロリン酸代謝 / 帯電効果 / アルカリフォスファターゼ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
歯周炎は歯牙の喪失を引き起こす主たる原因であり、咀嚼や嚥下等の口腔機能を低下させ、全身状態にも大きな影響を与える。歯周炎では、歯牙の植立に重要な硬組織である歯槽骨や歯根表面に存在するセメント質が破壊されることにより、歯牙の動揺や脱落が引き起こされる。これまでに種々の歯周炎治療薬が開発されてきたが、血液や唾液に富む病変部の特徴から、薬剤を局所に安定的に作用させるのが困難であり、有効な治療薬が少ないのが現状である。
硬組織の形成は、石灰化を促進するリン酸（Pi）と石灰化を抑制するピロリン酸（PPi）により制御されている。これまでの間、我々のグループは、PPiからPiを産生する組織非特異的アルカリフォスファターゼ（TNAP）が骨やセメント質の再生を強力に促進することを明らかにした。
ところで、硬組織は陽性に帯電していることが知られている。一方、タンパク質は、アミノ酸残基付加により陰性に帯電し得ることが明らかとなっている。そこで、アミノ酸の一つであるアスパラギン酸残基（Asp）を付加したTNAPは、帯電効果により、強力に硬組織に結合し、硬組織の再生を強力に促進するのではないかと考えた。
これまでの検討により、Aspを6つあるいは8つ付与したAsp6, 8 TNAPがPi産生能を有することおよびAsp6 TNAPがセメント質を形成するマウス由来セメント芽細胞株の石灰化を強力に促進し、マウス歯周組織の再生も促進することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
生体内の石灰化は、Pi/PPi代謝に大きな影響を受けるものの、これらに関する研究は稀である。我々はこの分野をリードし、本代謝を制御する分子を欠損させたマウスを用い、歯周組織再生におけるPi/PPi代謝の役割を明らかにした [受賞：米国国立衛生研究所 POSTER AWARD 2019, 国際歯科研究学会 Young Investigator Award 2019],（Nagasaki A et al. 2021A）。これらの研究結果により、Pi/PPi代謝を歯周組織再生に利用できるのでないかと考え、マウス歯周組織にTNAPを局所的に作用させたところ、再生歯槽骨量やセメント質量を増加させ、歯周組織再生を促進することを報告した（Nagasaki A et al. 2021B）。一方で、実際の治療に応用するには、血液や唾液に富む歯周組織内に一定期間作用させる必要があり、その方法が課題であった。そこで、帯電効果を利用する着想を得た。
改変した遺伝子配列を有するプラスミドをホスト細胞にTrasfectionすることにより、標的タンパク質を作製し、Pi産生能であるアルカリフォスファターゼとしての酵素活性を有することを確認した。予備実験にて、細胞や動物に作用させることにより、石灰化促進作用や歯周組織再生作用を有することを明らかにした。
本研究は、国際的な特許も出願し、受理されてるとともに、学会で高い評価を得た（受賞：日本歯科医学会「第37回歯科医学を中心とした総合的な研究を推進する集い（令和3年度）」にて優秀発表賞）。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、硬組織への結合能を評価するため、マウスの腹腔内に投与し、硬組織への結合能を評価する。評価には、Protein labeling Kitを用い、組織計測学的に評価する。また、歯周組織再生への評価には、下顎骨開窓術を用いて、Asp TNAPをマウスの歯周組織に局所的に作用させ、MicroCTやin situ hybridization（ISH）、Immunohistochemistry（IHC）を用いて組織形態学的に検討を行う。抗炎症作用の検討には、Ligatureにより人工的に誘導した実験歯周炎モデルを用い、Asp TNAPを局所投与することにより、その効果を検討する予定である。
さらに、歯科領域のみならず、整形外科領域にも応用する可能性を探るべく、骨補填材の成分であるHydroxyapatiteやβ-Tricalcium Phosphate（β-TCP）との配合を行い、より大きな骨欠損の再生治療への応用の可能性も検討する。
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| Causes of Carryover |
2022年度使用額が当初予想よりも下回ったため、次年度への繰り越しとした。
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