2022 Fiscal Year Annual Research Report
Engineering of test-tube dental implants using dental-derived medicinal regenerative cells
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21H03147
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The Nippon Dental University |
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Principal Investigator |
中原 貴 日本歯科大学, 生命歯学部, 教授 (10366768)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
望月 真衣 日本歯科大学, 生命歯学部, 准教授 (90821934)
小林 朋子 日本歯科大学, 生命歯学部, 講師 (10548283)
相良 洋 東京大学, 医科学研究所, 特任助教 (50145041)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 歯の再生 / バイオ再生歯根 / 再生歯インプラント / 歯髄幹細胞 / 間葉系幹細胞 / 自己多層化 / 細胞シート / 無血清培養 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、歯科インプラント治療で使用されている従来のチタン製人工歯根に代わり、歯周組織を備えた細胞・組織からなる“バイオ再生歯根”の創製を目的とする。すなわち、我々が開発した体外培養による歯根・歯周組織ユニットの器官再生を可能とする新規培養システム「器官再生法」を駆使し、同ユニットの再生能を有する歯性細胞群「Regenerative（Reg）細胞群」によるバイオ再生歯根の体外再生法の開発、およびReg細胞群が担う再生誘導因子の特定によるバイオ再生歯根の再生誘導医薬の開発を行う。こうして得られた研究成果は、普遍的な器官再生法の確立と再生誘導医薬による新規再生医療の創出に貢献し、真に臨床応用できるヒト歯の再生、すなわち『再生歯インプラント』の実現に結実する。
現在までに、Reg細胞群の候補となる歯性幹細胞として、無血清環境下で歯髄由来細胞を分離培養し、細胞増殖能、表面抗原、多分化能を評価するin vitro実験、および細胞移植によるin vivo実験によって、同細胞が優れた間葉系幹細胞（MSC）特性を有することを明らかにした。さらに我々は、持続的に増殖を続けながら自律的に多層化（自己多層化）することで、三次元構造を有する細胞シートを形成する歯髄幹細胞のユニークな能力を突き止め、特許出願を完了した。この自己多層化を誘導して三次元細胞シートを形成する新たな培養法の確立は、新規細胞シート技術として器官再生法に応用できる可能性を見出している。
今後は、新たに開発した自己多層化細胞シート技術によって作製した「自己多層化細胞シート」の特性解析、および自己多層化の分子メカニズムの解析を進める。これらの研究成果によって、器官再生法を用いた歯根・歯周組織ユニットの体外再生に資するReg細胞群の臨床応用法の開発を図る。
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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
現在までの進捗状況は、昨年度に引き続いて歯髄由来の歯性幹細胞のin vitro／in vivo評価によって、歯根・歯周組織ユニットの器官再生能を有するReg細胞群の候補集団の分離・同定を行った。抜去智歯の歯髄を細切した組織片をコラゲナーゼ／ディスパーゼの混合液で処理して細胞を解離し、無血清培養下でI型コラーゲン塗布した培養シャーレを用いて初代培養を行った。細胞は無血清環境下でも順調に増殖を続け、継代培養を行った後にMSC特性の評価を行った。
歯髄由来細胞のin vitro評価では、フローサイトメトリー解析によって、MSCマーカーで知られるCD29, CD44, CD73, CD90, CD105陽性、CD14, CD34陰性の細胞集団であり、骨分化誘導による石灰化物形成、ならびに脂肪分化誘導による脂肪滴形成を有するMSC特性を認めた。In vivo評価では、ヌードマウスの背部皮下に細胞と骨補填材を混合して移植することで、新生硬組織の形成を認めた。以上から、無血清培養で分離した歯髄由来細胞は、優れたMSC特性を有する歯髄幹細胞群であることが分かった。
続いて細胞増殖評価によって、持続的に細胞増殖を維持しながら自律的に多層化（自己多層化）し、多層構造を備えた細胞シートを形成する歯髄幹細胞のユニークな特徴を明らかにした。そこで、あらためて培養条件を検討することによって、より効果的に自己多層化細胞シートを作製できる培養技術の開発に成功し、特許出願を行った。
以上の結果は、無血清環境下で初代培養した歯髄幹細胞群のなかに、自己多層化細胞シートを形成するReg細胞群の存在を明らかにしており、この新規多層化細胞シートを用いることで、新たな器官再生法を確立できる可能性が示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は、自己多層化を効果的に誘導する「自己多層化細胞シート」の培養技術について、歯髄幹細胞やその他のMSCの培養条件を変えて自己多層化の状態を詳細に解析し、新規多層化細胞シートの特性評価を進める。
並行して、自己多層化を誘導する細胞内シグナルを特定することで、自己多層化細胞シート形成の分子メカニズムを解明する。これによって、歯髄幹細胞群に存在するReg細胞群が担う自己多層化誘導シグナルの分子基盤が明らかとなり、種々のMSCにおけるReg細胞群の同定にも応用が可能となる。
以上の研究成果によって、Reg細胞群の自己多層化細胞シートを用いた新たな器官再生法による歯根・歯周組織ユニットの体外再生、さらに自己多層化誘導シグナルの同定によるバイオ再生歯根の再生誘導医薬の開発を図る。こうして、普遍的な器官再生法の確立と再生誘導医薬による新規再生医療の創出に貢献し、真に臨床応用できるヒト歯の再生、すなわち『再生歯インプラント』の実現を目指す。
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