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生体アパタイトの配行性・結晶性を有した骨オルガノイドの構築と臨床応用への展開

研究課題

研究課題/領域番号 19K10339
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分57060:外科系歯学関連
研究機関京都府立医科大学

研究代表者

金村 成智  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (70204542)

研究分担者 松田 修  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00271164)
足立 哲也  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (10613573)
山本 俊郎  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40347472)
PEZZOTTI G.  京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (70262962)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル / ラマン分光法 / FT-IR / シンクロトロン放射光 / ナノゲル / 生体アパタイト / 量子ビーム / オルガノイド / 足場材料 / ダイレクトリプログラミング / 再生医療 / 骨再生 / バイオマテリアル / ラマン分光分析
研究開始時の研究の概要

本研究は、新規足場材料”多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル”上で骨系細胞を3次元培養することで、ハイドロキシアパタイト(HAP)の配向性をそろえた骨オルガノイドを構築し、その質を分光学的解析で評価する。最終的には、ハイブリッドゲルにおけるHAPの配向の制御因子を明らかにし、良質の骨オルガノイドを骨疾患モデルに移植することで臨床応用への展開を目指す。

研究実績の概要

歯槽骨の不足などに対して、iPS細胞や間葉系幹細胞と足場材料を組織工学的に組み合わせることで構築した3次元骨組織(骨オルガノイド)を患者に移植する骨再生療法の研究が加速している。骨組織は、そのハイドロキシアパタイト(HAP)の配向によって「骨質」が決まるため、再生治療用の培養骨組織においてHAPの配向性を制御し、HAPの結晶構造をナノスケールで解析することが極めて重要である。しかしながら、HAPの配向を制御し、解析することは困難とされてきた。我々は、新規足場材料”多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル”上で骨系細胞を3次元培養することで、HAPの配向性をそろえた骨オルガノイドを構築し、その質を評価することができる分光学的解析に成功した。本研究では、ハイブリッドゲルにおけるHAPの配向の制御因子を明らかにし、良質の骨オルガノイドを骨疾患モデルに移植することで臨床応用への展開を目指す。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2019年度は新規足場材料”多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲル”上で骨系細胞を3次元培養することで、骨組織を構築することに成功した。ハイブリッドゲル上で形成されたHAPとアテロコラーゲン上で形成されたHAPの配向性をラマン分光法で比較したところ、ハイブリッドゲル上で形成されたHAPはアテロコラーゲン上のHAPよりも結晶性が高いことが明らかとなった。2020年度はin vivoの系において、多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルを細胞移植用の足場材料を使うことで、良質の骨組織が再生されることを確認した。2021年度は多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルをシート型に成型することに成功した。さらに、ダイレクトリプログラミング法により、シート上に線維芽細胞から機能的な骨芽細胞への分化誘導に成功している。2023年度は透過電子顕微鏡により、石灰化の起点となるナノ微粒子 基質小胞を検出することに成功した。また、研究内容は第45回日本バイオマテリアル学会でハイライト講演に選出された。

今後の研究の推進方策

今後は、多糖由来多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルと化合物で直接変換した骨芽細胞を骨欠損モデルに移植することで、完全ゼノフリーの骨再生医療の基盤技術を確立する。

報告書

(5件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 3件)

  • [国際共同研究] UCLA(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] UCLA(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] UCLA(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Culture of Cartilage Tissue on Nanogel-Cross-Linked Porous Freeze-Dried Gel Scaffold for Regenerative Cartilage Therapy: A Vibrational Spectroscopy Evaluation2022

    • 著者名/発表者名
      Adachi Tetsuya、Miyamoto Nao、Imamura Hayata、Yamamoto Toshiro、Marin Elia、Zhu Wenliang、Kobara Miyuki、Sowa Yoshihiro、Tahara Yoshiro、Kanamura Narisato、Akiyoshi Kazunari、Mazda Osam、Nishimura Ichiro、Pezzotti Giuseppe
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 号: 15 ページ: 8099-8099

    • DOI

      10.3390/ijms23158099

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Osteogenic Response to Polysaccharide Nanogel Sheets of Human Fibroblasts After Conversion Into Functional Osteoblasts by Direct Phenotypic Cell Reprogramming2021

    • 著者名/発表者名
      Nakai K, Yamamoto K, Kishida T, Kotani SI, Sato Y, Horiguchi S, Yamanobe H, Adachi T, Boschetto F, Marin E, Zhu W, Akiyoshi K, Yamamoto T, Kanamura N, Pezzotti G, Mazda O.
    • 雑誌名

      Front Bioeng Biotechnol .

      巻: Sep 3;9:713932 ページ: 713932-713932

    • DOI

      10.3389/fbioe.2021.713932

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecular Fingerprint Imaging to Identify Dental Caries Using Raman Spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Nao、Adachi Tetsuya、Boschetto Francesco、Zanocco Matteo、Yamamoto Toshiro、Marin Elia、Somekawa Shota、Ashida Ryutaro、Zhu Wenliang、Kanamura Narisato、Nishimura Ichiro、Pezzotti Giuseppe
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 13 号: 21 ページ: 4900-4900

    • DOI

      10.3390/ma13214900

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] In Vivo Regeneration of Large Bone Defects by Cross-Linked Porous Hydrogel: A Pilot Study in Mice Combining Micro Tomography, Histological Analyses, Raman Spectroscopy and Synchrotron Infrared Imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Adachi Tetsuya、Boschetto Francesco、Miyamoto Nao、Yamamoto Toshiro、Marin Elia、Zhu Wenliang、Kanamura Narisato、Tahara Yoshiro、Akiyoshi Kazunari、Mazda Osam、Nishimura Ichiro、Pezzotti Giuseppe
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 13 号: 19 ページ: 4275-4275

    • DOI

      10.3390/ma13194275

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Osteogenic response of mesenchymal progenitor cells to natural polysaccharide nanogel and atelocollagen scaffolds: A spectroscopic study2019

    • 著者名/発表者名
      Horiguchi Satoshi、Adachi Tetsuya、Rondinella Alfredo、Boschetto Francesco、Marin Elia、Zhu Wenliang、Tahara Yoshiro、Yamamoto Toshiro、Kanamura Narisato、Akiyoshi Kazunari、Pezzotti Giuseppe、Mazda Osam
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: C

      巻: 99 ページ: 1325-1340

    • DOI

      10.1016/j.msec.2019.02.043

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Osteogenic Enhancement of Zirconia-Toughened Alumina with Silicon Nitride and Bioglass?2019

    • 著者名/発表者名
      Pezzotti、Marin、Zanocco、Boschetto、Zhu、McEntire、Bal、Adachi、Yamamoto、Mazda
    • 雑誌名

      Ceramics

      巻: 2 号: 4 ページ: 554-567

    • DOI

      10.3390/ceramics2040043

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] In situ molecular vibration insights into the antibacterial behavior of silicon nitride bioceramic versus gram-negative Escherichia coli2019

    • 著者名/発表者名
      Boschetto Francesco、Adachi Tetsuya、Horiguchi Satoshi、Marin Elia、Paccotti Niccol?、Asai Tenma、Zhu Wenliang、McEntire Bryan J.、Yamamoto Toshiro、Kanamura Narisato、Mazda Osam、Ohgitani Eriko、Pezzotti Giuseppe
    • 雑誌名

      Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy

      巻: 223 ページ: 117299-117299

    • DOI

      10.1016/j.saa.2019.117299

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Transplantation of dental pulp‐derived cell sheets cultured on human amniotic membrane induced to differentiate into bone2019

    • 著者名/発表者名
      Takizawa Shigeta、Yamamoto Toshiro、Honjo Ken‐Ichi、Sato Yoshiki、Nakamura Koya、Yamamoto Kenta、Adachi Tetsuya、Uenishi Toshihiro、Oseko Fumishige、Amemiya Takeshi、Yamamoto Yoshiaki、Kumagai Wataru、Kita Masakazu、Kanamura Narisato
    • 雑誌名

      Oral Diseases

      巻: 25 号: 5 ページ: 1352-1362

    • DOI

      10.1111/odi.13096

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルによる骨再生と分光学的手法を用いた骨質の分析2023

    • 著者名/発表者名
      足立 哲也, 田原 義朗, 今村 隼大, 山本 俊郎, 松田 修, Giuseppe Pezzotti , 秋吉 一成, 金村 成智
    • 学会等名
      第45回日本バイオマテリアル学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ナノゲル工学を基盤技術とした免疫療法および再生医療の開発2022

    • 著者名/発表者名
      足立 哲也, 田原 義朗, 宮本 奈生, 新屋 政春, 山本 俊郎, Giuseppe Pezzotti, 秋吉 一成, 松田 修,金村 成智
    • 学会等名
      2022年度砥粒加工学会学術講演会(ABTEC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体アパタイトの結晶構造に着目した新規医療技術開発2021

    • 著者名/発表者名
      足立 哲也, 山本 俊郎, 金村 成智
    • 学会等名
      第31回無機リン化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ラマン分光法を用いた生体組織・病原体の解析と診断技術への応用2021

    • 著者名/発表者名
      足立 哲也, 宮本 奈生, 山本 俊郎, PEZZOTTI Giuseppe, 金村成智
    • 学会等名
      砥粒加工学会学術講演会講2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In vivoにおける多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルによる配向性を有する骨組織の再生2021

    • 著者名/発表者名
      足立 哲也, 宮本 奈生, 足立 圭司, 山本 俊郎, 金村 成智
    • 学会等名
      第154回日本歯科保存学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 多孔性ハイブリッド・ナノゲルとダイレクト・リプログラミングを用いた新規骨再生療法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤良樹, 山本健太, 堀口智史, 中井敬, 足立哲也, 足立圭司, 大迫文重, 雨宮傑, 山本俊郎, 金村成智
    • 学会等名
      第62回春季日本歯周病学会学術大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 生体アパタイトの配向性を制御する多孔性ナノゲル架橋ハイブリッドゲルを用いた骨再生2019

    • 著者名/発表者名
      足立哲也, 山本俊郎, 田原義朗, Pezzotti Giuseppe, 松田修, 秋吉一成, 金村成智
    • 学会等名
      第41回日本バイオマテリアル学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 生体アパタイトの配向性を制御するFD-NanoCliP-gelを用いた3次元骨組織の構築と分光学的解析2019

    • 著者名/発表者名
      堀口智史, 足立哲也, 田原義朗, 山本俊郎, 秋吉一成, Giuseppe Pezzotti, 松田 修, 金村成智
    • 学会等名
      第40回日本炎症・再生医学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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