2022 Fiscal Year Annual Research Report
一軸配向化合成コラーゲン線維が誘導する骨髄幹細胞の分化と基質産生促進機序の解明
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22H03918
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
近藤 英司 北海道大学, 大学病院, 教授 (60374724)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柚木 俊二 北海道大学, 産学・地域協働推進機構, 特任教授 (20399398)
津田 真寿美 北海道大学, 医学研究院, 准教授 (30431307)
王 磊 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任助教 (70637975)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 一軸配向化 / コラーゲン線維 / 骨髄幹細胞 / 基質産生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は先行する研究において、生体に無細胞化した腱組織(一軸配向コラーゲン線維束)を移植すると、そこへ侵入した間葉系幹細胞(MSC)が腱・靱帯線維芽細胞に分化し、I型コラーゲンを含む細胞外マトリクス(ECM)が豊富に産生されて腱・靱帯組織が再生されることを発見した。しかし何がMSCの分化を開始させるのか、その分子機序は未だ解明されていない。研究代表者らは、独自の研究結果と様々な配向化材料が有する対細胞効果に関する世界の研究に基づき、「移植した一軸配向コラーゲンのcomposition and organization (構成と組織構造)が、そこに接着するMSCの腱性線維芽細胞への分化とECM関連遺伝子の発現を誘導し、腱性基質産生を促進する」という仮説を立てた。本研究の目的はこの仮説を証明することである。
一軸配向化合成コラーゲンを用いた２次元discおよび３次元線維束の作製
280 mMの塩化ナトリウムを含むリン酸ナトリウムbufferに溶解したブタ由来アテロコラーゲン(2.5%)を、38℃の中性リン酸bufferの中のstainless cylinder (長さ52 mm, 径2.0 mm)を通して2.5 mm/sの速度で剪断力を与えながら持続的に射出し、EDCを用いた架橋後に乾燥させた。
次に再度湿潤化させて一軸配向化合成コラーゲン線維束(線維径200μm・800μm)を作製し、それらを平行に配置した平板discおよび3次元線維束を作製した。
Fiber連続成型技術の特長であるサイズ・形状制御性を用いてGAGをコラーゲン線維の階層構造に組み込んだ「GAG複合化線維束」を作製した。
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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
5%濃度中性コラーゲン溶液に対してノズル内で1～10,000 [s-1]の剪断速度を与え、EtOH浴に吐出することで分子整列を保持しながら脱水させることにより、SEMにて軸方向に整列したmicrofiberを高速連続成型した。その結果、32Gノズル径にて直径30micrometerまでの微細化が可能であった。力学的強度は、ヤング率3～4GPa、破断応力0.1～0.2GPaであった。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験１：２次元培養における接着コラーゲン面の一軸配向化が線維芽細胞のECM関連遺伝子発現に対して与える効果を明らかにする
実験２：２次元培養における接着コラーゲン面の一軸配向化がMSCの線維芽細胞への分化とECM産生に対して与える効果を明らかにする
実験３：一軸配向化コラーゲン線維束およびGAG複合化線維束を用いた３次元培養がMSCのECM産生能に対して与える効果の２次元培養との比較を行う
実験４：一軸配向化コラーゲン線維束およびGAG複合化線維束のin vivo移植によるvitroとvivoにおける結果の相同性の確認を行う
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[Journal Article] Atelocollagen-associated autologous chondrocyte implantation for the repair of large cartilage defects of the knee: results at three to seven years.2023
Author(s)
Kaibara T, Kondo E, Matsuoka M, Iwasaki K, Onodera T, Sakamoto K, Oda Y, Tanei Z, Momma D, Tanaka S, Iwasaki N
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Journal Title
J Orthopaedic Sci
Volume: -
Pages: -
Peer Reviewed
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