磁性ナノ技術を応用したエナメル質の再生

• Project/Area Number: 19K19132
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 57050:Prosthodontics-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 古藤 航 九州大学, 大学病院, 医員 (00823220)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 磁性ナノ粒子 / 再生医療 / エナメル質

Outline of Research at the Start

咀嚼を行う上で重要な硬組織であるエナメル質は、一度虫歯や破折により欠損すると再生することはないため、人工材料による修復が必要となる。エナメル質を人為的に再生できれば再生エナメル質は審美的かつ、生体に安全な歯科材料となることが考えられる。
本申請課題では、エナメル質再生に関わる歯の幹細胞に磁性ナノ技術を応用することで、 歯が生体内でできる過程の細胞配列環境を人工的に再現し、さらには作製した細胞環境を生体内へと導入することで、臨床応用可能なエナメル質の再生を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

ブタ下顎骨から智歯歯胚を採取し歯胚上皮細胞(DEC)および歯胚間葉細胞(DMC)を単離し継代培養を行った。磁性ナノ粒子(MNP)にて修飾したDECおよびDMCに磁 力を負荷することで単一の細胞シート構造を作製できた。 次に作製したDMCシート上にMNPにて修飾したDECを播種し磁力を負荷することによりDMC層とDEC層から成る複合歯胚細胞シート(CCシート)を作製した。またCC シート内における歯胚細胞の特異的遺伝子に関して検討した。real-time RT-PCRの結果、CCシートにおいてエナメル上皮特異遺伝子であるAmelogenin、 Enamelin、Ameloblastin、および象牙質特異遺伝子であるRUNX 2、基底膜特異分子であるtype IV collagen α1鎖(COL4)のmRNA発現レベルは、対照群(別個の 培養皿にて作製されたDECシートとDMCシートの混和物)と比較し有意に高かった。 またCCシート内でのCOL4蛋白に関して免疫蛍光染色を行ったところ、COL4は CCシートのDEC層とDMC層の境界領域に顕著に発現していることが確認された。これらの結果はDEC層とDMC層が外部磁力によって物理的に密着したことで上皮-間 葉相互作用が促進したことを示唆している。 移植体の作製に関しても検討を行った。作製したCCシートを挟むようにCCシートDEC層側にDECを播種したφ5.0mm×1.5mmの円柱形のコラーゲンスポンジを、DMC 側にはDMCを播種した同形のコラーゲンスポンジを設置し4-0バイクリル糸を用いて縫合・固定し発生段階の歯胚の細胞環境を模倣した。 今後は移植体、移植方法、移植期間に関して更なる検討を行うことが必要であると考えられる。