椎間板細胞のリプログラミング手法の確立と再生医療への橋渡しへ向けた基盤技術開発

• 研究課題/領域番号: 20H03809
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分56020:整形外科学関連
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 酒井 大輔 東海大学, 医学部, 准教授 (10408007)
• 研究分担者: 升井 伸治 山梨大学, 大学院総合研究部, 特任准教授 (20342850)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 椎間板 / 再生医学 / 腰痛 / 椎間板再生 / 幹細胞 / 再生医療 / 細胞移植 / リプログラミング / 髄核細胞 / 培養法 / 凍結保存

研究開始時の研究の概要

椎間板変性に対する再生医療は産業化へと進んでいる。本研究計画は1. これまでに見出した転写因子の組み合わせとリプログラミング技術を用いて皮膚線維芽細胞あるいは間葉系幹細胞から椎間板髄核前駆細胞を誘導し、再生医療等製品へ橋渡し可能なレベルまで開発を推進すること。2. 髄核前駆細胞樹立の最終工程及び細胞製品を投与する際に必要な分化培養用スカフォールドをヒアルロン酸を基盤として開発し、現存の限界を超えること。3. 脱分化を最小限にしつつ産業化に必須な拡大培養を可能とする基盤技術を得る。これらの研究開発は椎間板再生医療の根幹事業である。

研究成果の概要

細胞移植療法による椎間板再生医療は臨床応用への橋渡し段階にあり、若年椎間板ヘルニア組織をドナーとする同種髄核細胞製品の開発において、大量の製品が凍結保存液に晒されることが避けられない。最終年度は椎間板再生医療の最適化を目指し、Tie2発現を維持するためのラミニンの影響を調査した。iMatrix-511を使用して髄核細胞の幼若度を評価し、ラミニン上でのCol2高発現を確認したが、RNAレベルでの特異性は認められなかった。RNA-seq解析でECM関連シグナル系を含む解析を行い、培養期間中にCol2遺伝子の発現減衰を確認、またラミニンにより増殖遺伝子の発現が増強されることを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

2020年度にはAMED橋渡しpreBに採択され、PMDAとRS戦略相談（安全性・その他原料試薬に関する品質）を完了した。また椎間板組織の採取、収集および原材料の供給システム構築を完了。さらに2023年度AMED橋渡しシーズFの支援の下、新特許技術で製造した最終製品のPMDA対面助言（安全性）を完了し、非臨床試験（有効性、毒性予備試験）、製品の品質を担保する解析を実施中である。このように、社会的意義が高いと判断されている。

研究成果

• [国際共同研究] Health Research Institute of Santiago(スペイン)
• [国際共同研究] Campus Bio-Medico University of Rome(イタリア)
• [国際共同研究] University of Ireland Galway(アイルランド)
• [雑誌論文] ISSLS PRIZE in Basic Science 2024: superiority of nucleus pulposus cell- versus mesenchymal stromal cell-derived extracellular vesicles in attenuating disc degeneration and alleviating pain (2024)
  • 著者名/発表者名: Ambrosio Luca、Schol Jordy、Ruiz-Fernandez Clara、Tamagawa Shota、Soma Hazuki、Tilotta Veronica、Di Giacomo Giuseppina、Cicione Claudia、Nakayama Shunya、Kamiya Kosuke、Papalia Rocco、Sato Masato、Vadala Gianluca、Watanabe Masahiko、Denaro Vincenzo、Sakai Daisuke
  • 雑誌名: European Spine Journal 巻: - 号: 5 ページ: 1713-1727
  • DOI: 10.1007/s00586-024-08163-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SOD2 orchestrates redox homeostasis in intervertebral discs: A novel insight into oxidative stress-mediated degeneration and therapeutic potential. (2024)
  • 著者名/発表者名: Tamagawa, S., Sakai, D., Nojiri, H., Nakamura, Y., Warita, T., Matsushita, E., Schol, J., Soma, H., Ogasawara, S., Munesada, D., Koike, M., Shimizu, T., Sato, M., Ishijima, M., Watanabe, M.
  • 雑誌名: Redox Biol 巻: 71 ページ: 103091-103091
  • DOI: 10.1016/j.redox.2024.103091
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear Factor-κB Decoy Oligodeoxynucleotide Attenuates Cartilage Resorption In Vitro (2024)
  • 著者名/発表者名: Nemoto Hitoshi、Sakai Daisuke、Watson Deborah、Masuda Koichi
  • 雑誌名: Bioengineering 巻: 11 号: 1 ページ: 46-46
  • DOI: 10.3390/bioengineering11010046
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recombinant Laminin-511 Fragment (iMatrix-511) Coating Supports Maintenance of Human Nucleus Pulposus Progenitor Cells In Vitro (2023)
  • 著者名/発表者名: Soma Hazuki、Sakai Daisuke、Nakamura Yoshihiko、Tamagawa Shota、Warita Takayuki、Schol Jordy、Matsushita Erika、Naiki Mitsuru、Sato Masato、Watanabe Masahiko
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 号: 23 ページ: 16713-16713
  • DOI: 10.3390/ijms242316713
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of the Mitigation of DMSO-Induced Cytotoxicity by Hyaluronic Acid following Cryopreservation of Human Nucleus Pulposus Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Munesada Daiki、Sakai Daisuke、Nakamura Yoshihiko、Schol Jordy、Matsushita Erika、Tamagawa Shota、Sako Kosuke、Ogasawara Shota、Sato Masato、Watanabe Masahiko
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 号: 15 ページ: 12289-12289
  • DOI: 10.3390/ijms241512289
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monomeric CRP regulates inflammatory responses in human intervertebral disc cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Ruiz-Fernandez Clara、Ait Eldjoudi Djedjiga、Gonzalez-Rodriguez Maria、Cordero Barreal Alfonso、Farrag Yousof、GarcIa-Caballero Lucia、Lago Francisca、Mobasheri Ali、Sakai Daisuke、Pino Jesus、Gualillo Oreste
  • 雑誌名: Bone & Joint Research 巻: 12 号: 3 ページ: 189-198
  • DOI: 10.1302/2046-3758.123.bjr-2022-0223.r1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive narrative review on the analysis of outcomes from cell transplantation clinical trials for discogenic low back pain (2023)
  • 著者名/発表者名: Schol J, Sakai D
  • 雑誌名: N Am Spine Soc J . 巻: 13 ページ: 100195-100195
  • DOI: 10.1016/j.xnsj.2022.100195
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] N-acetylcysteine attenuates oxidative stress-mediated cell viability loss induced by dimethyl sulfoxide in cryopreservation of human nucleus pulposus cells: A potential solution for mass production. (2022)
  • 著者名/発表者名: Tamagawa S, Sakai D, Schol J
  • 雑誌名: JOR Spine 巻: 5 号: 4 ページ: 863-863
  • DOI: 10.1002/jsp2.1223
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wnt3a and wnt5a as Potential Chondrogenic Stimulators for Nucleus Pulposus Cell Induction: A Comprehensive Review. (2020)
  • 著者名/発表者名: Volleman TNE, Schol J, Morita K, Sakai D, Watanabe M.
  • 雑誌名: Neurospine 巻: 1 号: 1 ページ: 19-35
  • DOI: 10.14245/ns.2040040.020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Morphological and biomechanical effects of annulus fibrosus injury and repair in an ovine cervical model (2020)
  • 著者名/発表者名: Long Rose G.、Ferguson Stephen J.、Benneker Lorin M.、Sakai Daisuke、Li Zhen、Pandit Abhay、Grijpma Dirk W.、Eglin David、Zeiter Stephan、Schmid Tanja、Eberli Ursula、Nehrbass Dirk、Di Pauli von Treuheim Theodor、Alini Mauro、Iatridis James C.、Grad Sibylle
  • 雑誌名: JOR SPINE 巻: 3 号: 1
  • DOI: 10.1002/jsp2.1074
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 椎間板変性に対する再生医療の産業化への挑戦 (2022)
  • 著者名/発表者名: 酒井大輔
  • 学会等名: 第51回 日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [学会発表] 椎間板再生医療とリハビリテーションによる腰痛治療の変革への期待 (2022)
  • 著者名/発表者名: 酒井大輔
  • 学会等名: 第95回 日本整形外科学会学術集会
• [学会発表] 椎間板再生医療は腰痛治療となり得るか? (2022)
  • 著者名/発表者名: 酒井大輔
  • 学会等名: 第95回 日本整形外科学会学術集会
• [備考] 椎間板再生医療の研究
  • URL: http://sekitsui.med.u-tokai.ac.jp
• [産業財産権] 髄核細胞マスターレギュレーター転写因子を含む分化誘導剤、誘導髄核細胞の製造方法、および誘導髄核細胞の用途 (2022)
  • 発明者名: 酒井大輔、ショール ジョルディ、 平石 駿介、升井伸治
  • 権利者名: 学校法人東海大学、国立大学法人京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-502340
  • 出願年月日: 2022
• [産業財産権] 髄核細胞マスターレギュレーター転写因子を含む分化誘導剤、誘導髄核細胞の製造方法、および誘導髄核細胞の用途 (2021)
  • 発明者名: 酒井大輔、ジョルディショール、中村嘉彦
  • 権利者名: 学校法人東海大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2021-557862
  • 出願年月日: 2021