関節内組織再生誘導メカニズムの解明と変形性膝関節症の新規組織修復法の開発

• 研究課題/領域番号: 22K09393
• 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56020:整形外科学関連
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 石橋 恭之 弘前大学, 医学研究科, 教授 (80292142)
• 研究分担者: 木村 由佳 弘前大学, 医学研究科, 講師 (40455746) ; 佐々木 英嗣 弘前大学, 医学研究科, 助教 (60587038) ; 千葉 大輔 弘前大学, 医学部附属病院, 助教 (70587055) ; 石橋 恭太 弘前大学, 医学研究科, 客員研究員 (80898388)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 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)
• キーワード: 膝前十字靭帯 / 関節軟骨 / 再生 / 内側側副靱帯 / 再生誘導医薬 / 再生医療 / 変形性関節症 / 軟骨 / 靱帯 / 半月板

研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、再生誘導医薬（HMGB1ペプチド）を用いて関節内組織修復を促進する新たな治療戦略を開発することである。関節軟骨は一度損傷すると自然治癒困難と考えられているが、HMGB1ペプチドにより関節内に間葉系幹細胞誘導することで組織修復を促進することが可能となる。このような治療戦略は従来の再生医療とは異なるコンセプトであり、関節軟骨のみならず、半月板や靱帯修復に応用できる可能性を含んでいる。

研究実績の概要

本研究の目的は、再生誘導医薬（HMGB1ペプチド）を用いて関節内組織修復を促進する新たな治療戦略を開発することである。現在関節内組織損傷マウスやラットでの各種実験モデルの作成を行い、その条件検討を行っているところである。膝前十字靱帯（ACL）損傷モデルマウス・ラットのプロトコルは完成したが、移植腱留置に関する問題点もあり、手技向上を目指しながら、再生誘導医薬投与後の強度試験の条件検討も行っているところである。また、靭帯修復メカニズム解明を目標とした関節内靱帯 (ACL) と関節外靱帯 (内側側副靱帯：MCL) の修復実験では、ACLとMCLを酵素処理し、細胞を単離し、FACSを用いて単一細胞ごとに分集し、single cell RNA sequencingを行う予定である。実際に我々はマウスにおける関節内・関節外靱帯間ではsingle cellレベルでのRNA解析から細胞集団の相違があり、靱帯修復の機序やポテンシャルが異なることを明らかにしてきた（Ishibashi K, 2022 Commun Biol. ACLMCL）。これらにHMGB-1ペプチドがどのように影響するかを追加実験していく予定である。
また半月板欠損モデルの実験での実験も順調に進んでおり、HMGB-1の投与による半月板の再生促進、変形性膝関節症の予防効果があるところまで明らかにし、学会発表を行ってきた(石橋. 日整会基礎 2021)。この内容に関しては現在論文作成中である。
軟骨修復に関しても単一細胞レベルでの解析を行い、自家培養軟骨細胞移植に適した条件の検討を行っているところである。

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

当学における単一細胞遺伝子解析実験の予備実験には多くの条件等や他科との連絡調整が必要であり、少し時間を要している。動物実験は引き続き投与実験を継続予定である。

今後の研究の推進方策

今後は各種動物実験モデルに対する再生誘導医薬投与実験を進めていく予定である。また、それぞれのモデルにおいて投与後の組織評価、機能評価を行うのと同時に再生に寄与する細胞群の同定とそのメカニズム解明を進めていく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Spectroscopic Quantitative Measurement of the Cartilage Surface using Arthroscopy Correlates with a Conventional Macroscopic Grading System (2023)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Shizuka、Sasaki Eiji、Yamamoto Yuji、Kimura Yuka、Chiba Daisuke、Tsushima Takahiro、Tsuda Eiichi、Ishibashi Yasuyuki
  • 雑誌名: Arthroscopy, Sports Medicine, and Rehabilitation 巻: 5 号: 1 ページ: e233-e238
  • DOI: 10.1016/j.asmr.2022.11.019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Association Between Early Postoperative Graft Signal Intensity and Residual Knee Laxity After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction (2022)
  • 著者名/発表者名: Chiba Daisuke、Yamamoto Yuji、Kimura Yuka、Sasaki Eiji、Sasaki Shizuka、Tsuda Eiichi、Ishibashi Yasuyuki
  • 雑誌名: Orthopaedic Journal of Sports Medicine 巻: 10 号: 7
  • DOI: 10.1177/23259671221109608
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Novel Quantitative Evaluation of Bone Formation After Opening Wedge High Tibial Osteotomy Using Tomosynthesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Kyota、Sasaki Eiji、Wijaya Edward、Yamauchi Shohei、Sasaki Shizuka、Kimura Yuka、Yamamoto Yuji、Shimbo Takashi、Tamai Katsuto、Ishibashi Yasuyuki
  • 雑誌名: Journal of Digital Imaging 巻: - 号: 5 ページ: 1373-1381
  • DOI: 10.1007/s10278-022-00630-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-cell transcriptome analysis reveals cellular heterogeneity in mouse intra- and extra articular ligaments (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Kyota、Ikegami Kentaro、Shimbo Takashi、Sasaki Eiji、Kitayama Tomomi、Nakamura Yuzuru、Tsushima Takahiro、Ishibashi Yasuyuki、Tamai Katsuto
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 5 号: 1 ページ: 1233-1233
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04196-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of hamstring tendon and bone-patellar tendon-bone autografts on worsened patient reported outcome measurements in revision anterior cruciate ligament reconstruction: Comparing outcomes between primary and revision reconstructions (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Eiji、Kimura Yuka、Sasaki Shizuka、Fujita Yuki、Yamamoto Yuji、Tsuda Eiichi、Ishibashi Yasuyuki
  • 雑誌名: Asia-Pacific Journal of Sports Medicine, Arthroscopy, Rehabilitation and Technology 巻: 29 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.asmart.2022.04.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clinical outcomes of medial patellofemoral ligament reconstruction using FiberTape and knotless SwiveLock anchors (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Eiji、Kimura Yuka、Sasaki Shizuka、Yamamoto Yuji、Tsuda Eiichi、Ishibashi Yasuyuki
  • 雑誌名: The Knee 巻: 37 ページ: 71-79
  • DOI: 10.1016/j.knee.2022.05.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolomics with severity of radiographic knee osteoarthritis and early phase synovitis in middle-aged women from the Iwaki Health Promotion Project: a cross-sectional study (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Eiji、Yamamoto Hiroyuki、Asari Toru、Matsuta Rira、Ota Seiya、Kimura Yuka、Sasaki Shizuka、Ishibashi Kyota、Yamamoto Yuji、Kami Kenjiro、Ando Masataka、Tsuda Eiichi、Ishibashi Yasuyuki
  • 雑誌名: Arthritis Research & Therapy 巻: 24 号: 1 ページ: 145-145
  • DOI: 10.1186/s13075-022-02830-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biomechanical Analysis of Unstable Osteochondral Fragment Fixation Using Three Different Techniques: Osteochondral Plug, Bioabsorbable Pin, and Suture Anchor with Tape (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Shizuka、Yamauchi Shohei、Sasaki Eiji、Kimura Yuka、Takahashi Akane、Ishibashi Yasuyuki
  • 雑誌名: Arthroscopy, Sports Medicine, and Rehabilitation 巻: 4 号: 2 ページ: e387-e392
  • DOI: 10.1016/j.asmr.2021.08.019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biomechanical analysis of bioabsorbable suture anchors for rotator cuff repair using osteoporotic and normal bone models (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi Shohei、Tsukada Harehiko、Sasaki Eiji、Sasaki Shizuka、Kimura Yuka、Yamamoto Yuji、Tsuda Eiichi、Ishibashi Yasuyuki
  • 雑誌名: Journal of Orthopaedic Science 巻: 27 号: 1 ページ: 115-121
  • DOI: 10.1016/j.jos.2020.11.017
  • 査読あり
• [学会発表] Systemic administration of high mobility group box-1 peptide repaired murine osteochondral defect. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki E, Ishibashi K, Shimbo T, Tsushima T, Ishibashi Y, Tamai K.
  • 学会等名: 16th International Cartilage Repair Society.
  • 国際学会
• [学会発表] METABOLOMICS OF OSTEOARTHRITIS WITH SYNOVITIS IN MIDDLE AGED WOMEN FROM THE IWAKI HEALTH PROMOTION PROJECT (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki E, Yamamoto H, Asari T, Matsuta R, Ota S, Ishibashi K, Yamamoto Y, Kami K, Ishibashi Y.
  • 学会等名: Osteoarthritis Research Society International 2022
  • 国際学会