2013 Fiscal Year Annual Research Report
ＤＮゲルを用いた関節軟骨自然再生誘導を制御する物理・生物学的因子の解明と応用
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24300169
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
北村 信人 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (80447044)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安田 和則 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20166507)
グン 剣萍 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 教授 (20250417)
黒川 孝幸 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 准教授 (40451439)
近藤 英司 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任教授 (60374724)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 生体機能材料 / 再生医学 / 骨・軟骨代謝学 / 軟骨再生 |
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| Research Abstract |
DNゲルによる軟骨再生効果に関して、軟骨欠損の部位の違いや大動物（羊）モデルによる影響、さらにヒアルロン酸による再生促進効果について研究した。家兎24羽を用い、両膝に2.4mmの骨軟骨欠損を作成し、無作為に３群に分け、それぞれの群の右膝に関節面からの残存空隙が1.5、2.5、3.5mmとなるようにDNゲルを移植した。左膝軟骨欠損は何も移植をしない対照群とした。術後4週において、深さ2.5mmの群は他群より再生スコアは有意に高かった（p<0.012）。軟骨マーカー遺伝子（2型コラーゲン、アグリカン、Sox9）の解析では深さ2.5mmの群は対照群より有意に高い発現（p<0.023）を示した。さらにサフォーク種羊15頭を使用しDNゲルの軟骨再生効果に関する実験を行った。15頭の両膝に6.0mmの骨軟骨欠損を大腿骨滑車部および大腿骨内顆部に作成し、残存深さ2.0、3.0、4.0mmの3群に無作為に分けた。それぞれの群の右膝にはDNゲル、左膝には何も移植しない対照群とした。術後12週の評価ではDNゲルの軟骨再生は深さ依存性であり、3.0mmの群が他群に比べ良好な再生が得られた（p=0.0006）。軟骨再生促進因子とされるヒアルロン酸が軟骨再生に与える効果を検証するために、ATDC5細胞を用いた実験を行った。DNゲル上での培養では、高い濃度（1.0 mg/mL）のヒアルロン酸は2型コラーゲン、アグリカンの発現を培養後21日で有意に増加させることが解った。また日本白色家兎48羽を用いてDNゲル移植後にヒアルロン酸を関節内投与し術後4週および12週に評価した。再生スコアに有意差を認めなかったが、ヒアルロン酸の投与は術後12週でDNゲル移植群において有意なマトリックス量の増加が認められた（p=0.0247）。本研究は、DNゲルは部位によらず大動物においても家兎と同様の軟骨再生効果を示し、さらに軟骨再生促進因子の一つであるヒアルロン酸の有用性の可能性を示した。この結果はDNゲルによる軟骨再生法の臨床応用への可能性を前進させた。
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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
当初の計画による中動物および大動物における移植法の確立とその有効性と限界を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度、25年度に得られた研究成果に基づき、最先端ゲルテクノロジーで創成された膜型DNゲルによる軟骨再生法の実地臨床における適用に向けた有効性の検証のために、大動物の軟骨欠損モデルに適用しその効果を検証するとともに、軟骨再生促進因子の有効性とそのメカニズムを解明する。これまでの一連の研究により大動物である羊の軟骨欠損モデルにおいてもDNゲルが軟骨再生を誘導することが明らかとなり、さらにDNゲルを移植後の最適な空隙の深さは3mmであることが明らかとなった。最先端ゲルテクノロジーで創成された膜型DNゲルが有用であることが日本白色家兎軟骨欠損モデルで実証されており、臨床応用に向けた前臨床試験としてこの膜型DNゲルを大動物である羊軟骨再生モデルに適用しその効果を検証する。また、「DNゲルが誘導する軟骨再生」法においても良好な軟骨再生が得られるまでin vivo家兎モデルで４週間を要するため、再生効果の質および治癒速度の可及的向上をめざし、再生促進因子の効果を評価する。平成25年度の研究において、ヒアルロン酸の投与がDNゲルによる軟骨再生誘導に促進的に働くということがin vivoおよびin vitroの両面において確認された。本年度においては、BMP-7（OP-1）も軟骨再生に促進的に働く可能性があるため、これらの分子が軟骨再生に与える効果を研究する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初予定していた年度末の国際学会出張を臨時業務のため断念せざるをえなくなったため、旅費として予算計画していたものを繰り越さざるを得なくなった。
次年度の旅費および成果報告（学会発表、論文作成）のための予算に割り当てる。
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[Journal Article] Proteoglycans and glycosaminoglycans improve toughness of biocompatible double network hydrogels2014
Author(s)
Zhao Y, Nakajima T, Yang JJ, Kurokawa T, Liu J, Lu J, Mizumoto S, Sugahara K, Kitamura N, Yasuda K, Daniels D, Gong JP.
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Journal Title
Adv Mater
Volume: 26
Pages: 436-442
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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