骨コラーゲンの新規精製法の確立と遺伝子発現量比較による骨関連細胞の機能解析

• 研究課題/領域番号: 17K01398
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 森本 康一 近畿大学, 生物理工学部, 教授 (10319741)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: コラーゲン / 骨組織 / 翻訳後修飾 / 間葉系幹細胞 / 培養足場 / qRT-PCR / 骨芽細胞分化誘導 / 軟骨細胞分化 / LC-MS / 骨 / 真皮 / 腱 / 翻訳後化学修飾 / 骨細胞分化 / LC-MS/MS / 軟組織 / 硬組織 / 軟骨細胞培養 / 骨芽細胞培養 / 生体材料 / 細胞・組織 / 生体分子 / 移植・再生医療 / 廃棄物再資源化

研究成果の概要

骨の90％は，リン酸カルシウムとＩ型コラーゲンでできている．コラーゲンは架橋することで物理的強度を高めていることから，その抽出回収は容易ではなかった．本課題では，骨組織から独自の方法で骨コラーゲンを回収する方法を確立し，その機能を骨関連細胞で検証することを目的とした．その結果，温和な条件で効率的に骨由来Ｉ型コラーゲンを再現性良く精製することに成功した．LC-MSで骨コラーゲンの水酸基などの翻訳後修飾を同定した．また骨コラーゲンを培養足場として活用した結果，間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化誘導が短期間に進むことを確認した．これまでにない骨コラーゲンの再生医療への活用が期待される．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題で，精製した骨コラーゲンの構造や性質を調べ，皮膚コラーゲンとの差異を明らかにした成果は学術的価値が高いと考える．また，これまで食用牛や豚の非食部として価値が低かった骨からコラーゲンを回収する有用な手法を確立した点は今後の応用につながる成果である．このように，廃棄される骨に新たな価値を見いだし，その活用分野として再生医療への展開を示した意義は大きい．将来，コラーゲンの原料組織として骨が皮膚と同様に注目され，有効利用されることが期待される．

研究成果

• [雑誌論文] Reduced nucleotomy-induced intervertebral disc disruption through T spontaneous spheroid formation by the Low Adhesive Scaffold Collagen (LASCol) (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Takeoka, Takashi Yurube, Koichi Morimoto, Saori Kunii, Yutaro Kanda, Ryu Tsujimoto, Yohei Kawakasa Fukase, Toshiyuki Takemori, Kaoru Omae, Yuji Kakiuchi, Shingo Miyazaki, Kenichiro Kakutani, Toru Takada, Kotaro Nishidaa, Masanori Fukushimac, Ryosuke Kurodami, Naom
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 235 ページ: 119781-119781
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2020.119781
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Latent nature of collagen in promoting three-dimensional adherent spheroid formation of fibroblasts (2019)
  • 著者名/発表者名: Koichi Morimoto, Saori Kunii
  • 雑誌名: Materialia 巻: 8 ページ: 100450-100450
  • DOI: 10.1016/j.mtla.2019.100450
  • 査読あり
• [学会発表] Low adhesive scaffold collagen prepared from type I collagen induces the chondrogenic differentiation of human bone marrow stromal cells (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kunii, K. Morimoto
  • 学会等名: ECTS2019
  • 国際学会
• [学会発表] Low adhesive scaffold type I collagen prepared from porcine skin regulates the expression of genes relating to osteogenic differentiation (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kunii, K. Morimoto
  • 学会等名: ECTS2019
  • 国際学会
• [学会発表] Low Adhesive Scaffold Type I Collagen Prepared From Porcine Skin Regulates The Expression Of Genes Relating To Osteocyte Differentiation (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kunii, K. Morimoto
  • 学会等名: ASCB&EMBO2019
  • 国際学会
• [学会発表] Low Adhesive Scaffold Collagen Prepared From Type I Collagen Promotes Neuronal Survival And Neurite Outgrowth (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kunii, N. Nakano, K. Kanekiyo, K. Omae, C. Ide, K. Morimoto
  • 学会等名: ASCB&EMBO2019
  • 国際学会
• [学会発表] PCR Arrayを用いた細胞低接着性コラーゲンの骨芽細胞分化誘導の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 國井沙織，森本康一
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] プロテアーゼによる骨組織の可溶化とタンパク質の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 國井沙織、永井宏平、森本康一
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会（京都）
• [学会発表] 真皮コラーゲンのLC-MS/MSを用いた翻訳後修飾の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 永井宏平、國井沙織、中居由香理、森本康一
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会（京都）
• [学会発表] 骨組織から抽出したI型コラーゲンの骨芽細胞分化誘導 (2018)
  • 著者名/発表者名: 國井沙織、堀内喜高、森本康一
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会（京都）
• [学会発表] Low adhesive scaffold type I collagen prepared from pig shinbone induces the osteogenic differentiation of rat bone marrow stromal cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Saori Kunii and Koichi Morimoto
  • 学会等名: 45th European Calcified Tissue Society Congress (Valencia, Spain)
  • 国際学会
• [学会発表] 骨組織から抽出した細胞程接着性コラーゲンの骨芽細胞分化誘導 (2018)
  • 著者名/発表者名: 國井沙織、堀内喜高、伊田寛之、平岡陽介、森本康一
  • 学会等名: 第18回日本再生医療学会大会（神戸）
• [学会発表] Low adhesive scaffold type I collagen prepared from pig shinbone induces the osteogenic differentiation of rat bone marrow stromal cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Saori Kunii and Koichi Morimoto
  • 学会等名: 45th European Calcifi ed Tissue Society Congress
• [学会発表] 骨組織から精製したI型コラーゲンの骨芽細胞分化誘導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 國井沙織、堀内喜高、山本 衛、久保木芳徳、森本康一
  • 学会等名: 第35回日本骨代謝学会学術集会
• [産業財産権] コラーゲン固形物、コラーゲン固形物の製造方法、および、生体材料 (2018)
  • 発明者名: 森本康一、國井沙織
  • 権利者名: 森本康一、國井沙織
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-232811
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] 機能的ネットワーク遺伝子探索方法と機能的ネットワーク作用化合物 (2018)
  • 発明者名: 白木琢磨、森本康一
  • 権利者名: 白木琢磨、森本康一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018