滑液との生体相互作用に着目した脂肪由来幹細胞を用いた膝OAの新規治療法の開発

• 研究課題/領域番号: 22K16779
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分56020:整形外科学関連
• 研究機関: 金沢医科大学
• 研究代表者: 福 淳史 金沢医科大学, 医学部, 助教 (30932967)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 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: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 脂肪由来幹細胞 / 滑液 / アテロコラーゲンミクロスフェア / Knee OA / 変形性膝関節症

研究開始時の研究の概要

近年膝OAの患者を対象とした脂肪由来幹細胞（ADSC）を用いた治療が行われており、疼痛・症状の改善に効果があると報告されている。膝OAの治療のために関節腔内に投与されたADSCは、関節腔内に貯留する滑液と接して様々な相互作用を受けると考えられる。しかし、関節腔内の滑液が、投与されたADSCに与える影響についてはほとんど報告されていない。本研究ではADSCに対する滑液の効果を細胞および分子レベルで解明することにより、ADSCが長期生存率の高い治療効果を保持することを目指した投与方法の開発を目指す。

研究実績の概要

変形性膝関節症(Knee OA)は、加齢・肥満・外傷により骨や関節軟骨の変性が起きることで、慢性的な痛みや運動障害を引き起こす不可逆的疾患である。培養脂肪由来幹細胞の関節内投与は、放出されるエクソソームや抗炎症性サイトカインにより疼痛・炎症などの臨床症状を改善する。しかし、ADSCは関節内投与後に速やかに消失することが知られており、投与部位での長期生存が治療効果の改善に繋がることが期待される。アテロコラーゲンマイクロスフェア(AMS)は、球状の表面に細胞を付着させることで、大量の細胞培養が可能な生分解性を持つ培養器材である。AMSにADSCを付着させて投与すれば、生細胞率を維持しつつ、滑液中のコラゲナーゼによりAMSが消失し、治療効果を向上させることが期待できる。AMS付着ADSCを標準的な培養法である２次元培養ADSCと比較すると、以下のような性質を持つことが明らかとなった。細胞あたりのエクソソームの放出量と抗炎症性サイトカイン(IL-10)の分泌能は有意に増加していた。RNA-seqによりAMS付着ADSCにおいてKnee OAの治療効果に寄与する複数の遺伝子が有意に発現上昇していた。一方、関節腔内の環境を模倣するために、AMS付着ADSCをKnee OA患者由来の中で培養した結果、AMSは溶解して生きたADSCが遊離した。滑液の添加した2次元培養ADSCと比較するとAMSに付着したADSCは有意に高い細胞生存率を示した。これらの結果からAMS付着ADSCは、Knee OA治療に有利な性質を獲得しつつ、膝関節内で長く生存し、AMSそのものは関節液に含まれるコラゲナーゼにより分解消失することで、安全かつ高い治療効果が期待できる。

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

治療用に調製したADSCを関節腔内で模倣した環境で培養し、Knee OA患者由来の滑液を添加した際のADSCへの影響を評価した前年度の研究成果を基盤とし、本年度ではアテロコラーゲンマイクロスフェア(AMS)を用いた新規細胞治療の開発に繋がる研究成果を得ることができた。AMS付着ADSCは２次元培養ADSCと比較して、エクソソームや抗炎症性サイトカイン(IL-10)の分泌能を向上させた。RNA-seqの結果を用いたGO解析によりAMS付着ADSCにおいて細胞外マトリックス、免疫制御および分化能に関与する遺伝子が変化していた。一方、関節腔内の環境を模倣するために、AMS付着ADSCをKnee OA患者由来の滑液中で培養した結果、AMSは溶解して生きたADSCが遊離した。滑液添加は2次元培養ADSCと比較すると、AMSに付着したADSCにおいて有意に高い細胞生存率を示した。これらの研究成果を責任著者としてオープンアクセスの英語論文として発表することができた。

今後の研究の推進方策

現状、AMS付着ADSCの性質はIn vitroで評価している。次の段階として、Knee OAモデルマウスを使用し、関節腔内にAMS付着ADSCを投与する。これにより、通常の接着培養したADSC投与群と比較して、治療効果を評価し、その成果を基に臨床研究への橋渡しを目指す。

研究成果

• [雑誌論文] A Novel Cell Source for Therapy of Knee Osteoarthritis Using Atelocollagen Microsphere-Adhered Adipose-Derived Stem Cells: Impact of Synovial Fluid Exposure on Cell Activity (2024)
  • 著者名/発表者名: Takuya Sakamoto,Atsushi Fuku, Tetsuhiro Horie, Hironori Kitajima,Yuka Nakamura, Ikuhiro Tanida,Hiroshi Sunami,Hiroaki Hirata,Yoshiyuki Tachi,Yasuo Iida,Sohsuke Yamada, Naoki Yamamoto,Yusuke Shimizu,Yasuhito Ishigaki,Toru Ichiseki,Ayumi Kaneuji,Satoshi Osawa,Norio Kawahara
  • 雑誌名: Regenerative Therapy 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synovial Fluid Derived from Human Knee Osteoarthritis Increases the Viability of Human Adipose-Derived Stem Cells through Upregulation of FOSL1. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hironori Kitajima, Takuya Sakamoto, Tetsuhiro Horie, Atsushi Fuku, Yuka Nakamura, Hiroaki Hirata, Yoshiyuki Tachi, Naoki Yamamoto, Yasuo Iida, Yasuhito Ishigaki, Yusuke Shimizu, Toru Ichiseki, Ayumi Kaneuji, Satoshi Osawa, Norio Kawahara
  • 雑誌名: Cells. 巻: 12(2) 号: 2 ページ: 330-330
  • DOI: 10.3390/cells12020330
  • 査読あり / オープンアクセス