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チタン上のプロテオグリカン層がオッセオインテグレーション獲得に果たす役割の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K09955
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57040:口腔再生医学および歯科医用工学関連
研究機関名古屋市立大学

研究代表者

土屋 周平  名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (20569785)

研究分担者 黒田 健介  名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任教授 (00283408)
加藤 伸一郎  名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 助教 (60836683)
本田 雅規  愛知学院大学, 歯学部, 教授 (70361623)
渋谷 恭之  名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (90335430)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード二酸化チタン / オッセオインテグレーション / O結合型糖鎖 / N結合型糖鎖 / プロテオグリカン / 糖鎖 / 生体材料 / 骨
研究開始時の研究の概要

インプラント治療においてオッセオインテグレーションは必須の現象であるにもかかわらず、その分子メカニズムは明らかにされていない。一方、オッセオインテグレーションを獲得したチタンと骨の界面にある糖鎖はチタン上の石灰化や生体適合性などに影響を与え、オッセオインテグレーション獲得に重要な役割を果たしていると考えられる。本研究の目的は、チタンと骨のPGs層に含まれる糖鎖がオッセオインテグレーションにおける機能を分子生物学的手法で明らかにすることである。その結果、糖鎖を利用した分子マーカーを同定することにより、チタン製インプラント治療の検査項目の開発や成功率の高いインプラント製品の開発を最終目的とする。

研究実績の概要

O結合型糖鎖を修飾する因子である糖転移酵素のXylosyltransferase-1および-2をノックダウンした骨髄間葉系幹細胞(BMSC)を二酸化チタン板上で培養し、骨形成能および免疫寛容能が低下することを明らかにした。また、Xylosyltransferase-1をノックダウンしたBMSCの骨形成能はXylosyltransferase-2をノックダウンした細胞よりも顕著に低下することが明らかになった。一方で、免疫寛容能はXylosyltransferase-2をノックダウンしたBMSCと比較して有意に低下した。これらの今までの結果から、Xylosyltransferase-1は骨形成能を制御しており、Xylosyltransferase-2は免疫寛容能を制御していることが明らかになった。
また、二酸化チタン上のBMSCにおけるN結合型糖鎖の役割を解析している。N結合型糖鎖の修飾を抑制するN-linked Glycosylation Inhibitor-1(NGI-1)を培地に添加すると、二酸化チタン上のBMSCの細胞増殖能、石灰化能、アルカリフォスファターゼ活性は低下した。一方で、NGI-1を添加した二酸化チタン上のBMSCの骨形成関連遺伝子発現は、対照群と比較して変化はなかった。
さらに、二酸化チタン表面をアルカリ処理で表面性状を親水化すると、BMSCのO結合型糖鎖の糖転移酵素の遺伝子発現が有意に高くなった。さらに親水化処理をすることで二酸化チタン上のBMSCは間接的に免疫担当細胞の免疫寛容能を上昇させることが明らかになった。この結果から、遺伝子改変を使用した内因性の変化のみではなく、二酸化チタン表面の親水化よる外的変化でもBMSC由来のO結合型糖鎖は、骨形成能および免疫寛容能に影響を与えることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

コロナ感染の蔓延により複数回の実験中止を余儀なくされ、実験の効率が著しく低下した。また、N結合型糖鎖の遺伝子改変細胞の作成に著しく時間を費やした。結局は研究計画を変更し、NGI-1というインヒビターを添加することで対応することとした。

今後の研究の推進方策

O結合型糖鎖が二酸化チタン上のBMSCに与えた影響の分子メカニズムを明らかにするため、インテグリンを介したMitogen-activated Protein Kinaseのシグナリングの解明を進めている。Extracellular-signal-regulated kinases、c-Jun N-terminal kinaseの発現解析を実施している。また、MAPK経路のp38も骨形成因子であるRunx2の発現を刺激することが明らかにされているため、同時にこの経路の解析も計画する。
N結合型糖鎖の修飾抑制によって引き起こされた二酸化チタン上のBMSCにおける石灰化能の低下を引き起こす分子メカニズムも解析する。主要な骨形成因子のタンパク質の発現解析を実施し、糖鎖付加による影響を与えている因子を同定する。

報告書

(3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
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] Alkali-treated titanium dioxide promotes formation of proteoglycan layer and altered calcification and immunotolerance capacity in bone marrow stem cell2023

    • 著者名/発表者名
      Mizutani Tomomi、Tsuchiya Shuhei、Honda Masaki、Montenegro Raudales Jorge Luis、Kuroda Kensuke、Miyamoto Hironori、Nakamura Tomohisa、Ishibashi Kenichiro、Shibuya Yasuyuki
    • 雑誌名

      Biochemistry and Biophysics Reports

      巻: 36 ページ: 101569-101569

    • DOI

      10.1016/j.bbrep.2023.101569

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Two cases of parapharyngeal space tumor resected by a double split mandibular osteotomy technique2022

    • 著者名/発表者名
      Kato S, Ijichi K, Fukushima A, Nakamura T, Takashima H, Nabeta T, Miyamoto H, Ishibashi K, Tsuchiya S, Hishida S, Shibuya Y.
    • 雑誌名

      Clinical case reports.

      巻: 10 号: 12

    • DOI

      10.1002/ccr3.6786

    • 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
  • [学会発表] アルカリ処理した二酸化チタンはプロテオグリカン層形成を促進し,骨髄幹細胞の石灰化と免疫寛容能を変化させる2023

    • 著者名/発表者名
      水谷 友美, 土屋 周平, 松山 楓, 谷口 弘樹, 中根 昇吾, 宮本 大模, 石橋 謙一郎, 岡部 一登, 渋谷 恭之
    • 学会等名
      第27回日本顎顔面インプラント学会学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 咀嚼機能評価に用いられる食品試料のテクスチャー分析2023

    • 著者名/発表者名
      松山 楓, 宮本 大模, 土屋 周平, 岡部 一登, 水谷 友美, 高島 裕之, 中根 昇吾, 谷口 弘樹, 渋谷 恭之
    • 学会等名
      第27回日本顎顔面インプラント学会学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 歯性感染症が原因と考えられた脳膿瘍の1例2023

    • 著者名/発表者名
      堀部 桃子, 土屋 周平, 林 恒希, 小林 寛子, 中村 知寿, 高島 裕之, 水谷 友美, 菱田 純代, 則武 正基, 渋谷 恭之
    • 学会等名
      第77回日本口腔科学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 下顎歯肉に発生した乳頭状扁平上皮癌の1例2023

    • 著者名/発表者名
      前田悠雅,土屋周平,石橋謙一郎,加藤伸一郎,鍋田剛志,渋谷恭之
    • 学会等名
      第48回公益社団法人日本口腔外科学会中部支部学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 上顎歯肉に発生した無色素性悪性黒色腫に対して陽子線治療を行った1例2023

    • 著者名/発表者名
      西村みのり,宮本大模,松本圭司,長屋櫻子,中根昇吾,谷口弘樹,鍋田剛志, 石橋謙一郎,土屋周平,渋谷恭之
    • 学会等名
      第66回NPO法人日本工区外科学会中部地方部会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 舌下面に生じたリンパ上皮性嚢胞の一例2023

    • 著者名/発表者名
      森晶穂,石橋謙一郎,前田悠雅,松山楓,小林寛子,大原賢治,水谷友美, 中村知寿,土屋周平,渋谷恭之
    • 学会等名
      第66回NPO法人日本口腔外科学会中部地方部会学術集
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 口腔扁平上皮癌においてNGI-1はPD-L1による免疫回避を阻害し,腫瘍増殖能を抑制する2023

    • 著者名/発表者名
      石橋謙一郎,土屋周平,渋谷恭之
    • 学会等名
      第68回公益社団法人日本口腔外科学会総会・学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 口腔扁平上皮癌細胞におけるSTT3AおよびSTT3Bはシスプラチンによる細胞死を抑制する2023

    • 著者名/発表者名
      土屋周平,石橋謙一郎,渋谷恭之
    • 学会等名
      第68回公益社団法人日本口腔外科学会総会・学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ENPP1は二酸化チタン上の骨髄間葉系幹細胞の石灰化能を向上させる2022

    • 著者名/発表者名
      土屋周平,水谷友美,高島裕之,青木尚史,渋谷恭之
    • 学会等名
      第26回日本顎顔面インプラント学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 保存療法により病的骨折が治癒した薬剤関連顎骨壊死の1例2022

    • 著者名/発表者名
      高島裕之, 菱田純代, 富松舞, 安永奈津子, 古野翔大, 加古まり, 荒川美貴子, 土屋周平, 加藤伸一郎, 渋谷恭之
    • 学会等名
      第76回日本口腔科学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] POEMS症候群関連多中心性キャッスルマン病に対し智歯抜歯をおこない止血に難渋した1例2022

    • 著者名/発表者名
      古野翔大, 土屋周平, 小林寛子, 大原賢治, 高島裕之, 森田麻希, 加古まり, 加藤伸一郎, 渋谷恭之
    • 学会等名
      第76回日本口腔科学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ツニカマイシンによる小胞体ストレスは頭頸部扁平上皮癌細胞の動態に影響を与える2022

    • 著者名/発表者名
      土屋周平,石橋謙一郎,安東孝純,中村健人,大原賢治,荒川美貴子,加古まり,宮本大模,加藤伸一郎,渋谷恭之
    • 学会等名
      第67回日本口腔外科学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] アルカリ処理したチタンは骨髄由来間葉系幹細胞の免疫寛容能を変化させる2021

    • 著者名/発表者名
      水谷 友美, 土屋 周平, 中根 昇吾, 平井 辰宜, 福島 麻子, 高島 裕之, 青木 尚史, 渋谷 恭之
    • 学会等名
      第25回日本顎顔面インプラント学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Xylosyltransferase-1,-2は二酸化チタン上の骨髄間葉系幹細胞の動態に影響を与える2021

    • 著者名/発表者名
      土屋 周平, 水谷 友美, 福島 麻子, 高島 裕之, 青木 尚史, 渋谷 恭之
    • 学会等名
      第25回日本顎顔面インプラント学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 当科における上顎洞底挙上術(ラテラルアプローチ)の臨床的検討2021

    • 著者名/発表者名
      青木 尚史, 福島 麻子, 中根 昇吾, 平井 辰宜, 高島 裕之, 水谷 友美, 土屋 周平, 渋谷 恭之
    • 学会等名
      第25回日本顎顔面インプラント学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 当科における抜歯即時埋入インプラント症例の臨床的検討2021

    • 著者名/発表者名
      福島 麻子, 青木 尚史, 中根 昇吾, 平井 辰宜, 高島 裕之, 水谷 友美, 土屋 周平, 渋谷 恭之
    • 学会等名
      第25回日本顎顔面インプラント学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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