| 研究課題/領域番号 |
21H03098
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分56070:形成外科学関連
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| 研究機関 | 東京医科歯科大学 |
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研究代表者 |
井関 祥子 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (80251544)
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| 研究分担者 |
武智 正樹 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 非常勤講師 (10455355)
足立 礼孝 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (10631533)
塗 隆志 大阪医科薬科大学, 医学部, 准教授 (40445995)
永井 重徳 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (50348801)
上田 晃一 大阪医科薬科大学, 医学部, 教授 (90257858)
由井 伸彦 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (70182665)
有坂 慶紀 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (70590115)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | 頭蓋冠 / 骨修復 / 頭蓋冠幹細胞 / BMP2 / FGF18 / マクロファージ / メカノシグナル / 頭蓋冠骨 / ポリロタキサン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
頭蓋冠骨欠損の修復は困難で、人工骨やバイオマテリアルによる骨修復（骨形成）の促進が試みられている。一方、症候群性の頭蓋縫合早期癒合症では、手術による癒合部の分離後の再癒合が高頻度で起き、骨修復を抑制する方策が望まれる。骨修復において、縫合部に存在する頭蓋冠幹細胞の修復部位への動員、炎症から組織修復過程への転化段階での組織修復型マクロファージの出現などが予想されるが、これら細胞群の骨修復過程における動態については未だ不明な点が多い。本研究計画においては、マウス頭蓋冠骨修復過程におけるこれらの細胞動態を明らかにし、生体材料によってこの動態を制御した理想的な骨修復の可能性を検討する。
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| 研究実績の概要 |
マウス頭蓋冠欠損モデルを用いて、bone morphogenetic protein 2(BMP2)にfibroblast growth factor 18 (FGF18)を追加した際の骨修復の安定性のメカニズムを検討した。修復が開始する時期の組織において、抗炎症性サイトカインの発現とともに組織修復性のタイプ2マクロファージの浸潤を示唆する遺伝子発現が得られた。マクロファージを除去するclodronateを作用させた骨欠損モデルでは、BMP2/FGF18の適用で修復率が有意に低下した。
骨髄細胞を分離してFGF18を作用させるとタイプ2マクロファージの極性化が促進された。この作用は、FGF18のマクロファージへの直接作用ではなく、骨髄間質細胞を介したものであった。FGF18を骨髄間質細胞に作用させた際に発現が上昇する分子を解析したところ、Ccl2を含むマクロファージの極性化や遊走などに関係するCC chemokine family遺伝子であった。これから、BMP2による骨修復誘導の際にFGF18を追加することで、CCLファミリーの発現上昇が起き、タイプ2マクロファージの極性化が活性化されて骨修復が促進されることが示唆された。中でもCCL2はタイプ2マクロファージへの極性化を誘導することが報告されており、骨欠損後のBMP2/FGF18を適用でCcl2の発現はmRNAレベルで上昇していた。また、CCL2の受容体をコードするCcr2遺伝子を欠失するマウスを用いて頭蓋冠骨欠損モデルにBMP2/FGF18を適用したところ、マクロファージ除去マウスにおけるBMP2/FGF18適用による骨修復と同等であった。
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| 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
頭蓋冠修復過程における炎症反応の重要さを示すことができており、現時点では、当初の計画からは少しずれているが、派生した部分での研究が進んでいる。硬組織を脱灰せずに薄切できる方法の導入ができており、骨修復過程の変化を分子レベルで検討できるようになったことで、実験の選択肢が広がっている。
一方、BMP2もしくはBMP2/FGF18を作用させた時の頭蓋冠幹細胞の動態についての検討のための幹細胞を標識できるマウスの導入が遅れている。
2022年度までに、メカノシグナルとマクロファージの極性化との明確な関連は認められなかったことから、メカノシグナルと炎症についての今後の検討は必要ないと考えているが、骨芽細胞の分化などへの影響について検討を行う予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
FGF18が、タイプ2マクロファージの極性化に関連していることが明らかになったが、マクロファージと細胞系譜が同じである破骨細胞の出現についても検討する。脱灰なしに作製する組織切片を用いて、炎症とその関連細胞の局在と骨芽細胞分化と骨形成との位置特異的な関係を明らかにして、細胞の相互作用を検討する。さらには、骨芽細胞分化に重要な血管形成との関連についても検討し、骨修復過程での細胞相互作用について理解する。
頭蓋冠幹細胞が、骨欠損作製後にどのような動態を示し、炎症関連細胞との関係を検討するために頭蓋冠幹細胞標識マウスを導入する。このマウスにおいて、これまで行ってきた修復モデルを適用し、上記の検討にさらに幹細胞の動態を加えて骨修復の総合的理解を目指す。
また、in vivoでの骨修復におけるメカノシグナルと骨芽細胞分化の関係について検討する系の確立を目指す。
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