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ヒト3次元軟骨組織モデルによる新規軟骨特異的分子の同定と軟骨分化制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K21466
補助金の研究課題番号 21H03054 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分56020:整形外科学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

山下 晃弘  大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (00636855)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワード骨・軟骨代謝学 / 幹細胞 / 再生医学 / 遺伝子改変 / 軟骨 / 骨代謝学 / iPS細胞 / 軟骨代謝学 / 幹細胞学 / 再生医療
研究開始時の研究の概要

関節軟骨は骨端に位置し、円滑な関節運動を担っている。その損傷や変性は変形性関節症(OA)と呼ばれる運動機能障害を引き起こし、QOLが著しく損なわれる。しかし現在有効な治療薬はない。その要因として、1)有用なヒトモデル系が存在しないこと、2)軟骨の発生・成熟・老化の機序を網羅的、総合的に解析した例が少なく、未だ同定されていない軟骨特異的分子が多く存在する可能性があることが挙げられる。
本研究の主たる目的は、iPS細胞技術を利用したヒト3次元軟骨組織モデルを構築し、網羅的探索にて同定した新規軟骨特異的分子の軟骨分化制御機構を分子レベルで解明することにより、OAに対する創薬基盤を確立することである。

研究実績の概要

関節軟骨は骨端に位置し、円滑な関節運動を担っている。その損傷や老化は変形性関節症(OA)と呼ばれる運動機能障害を引き起こし、Quality of Life (QOL)が著しく損なわれる。しかし現在有効な治療薬はない。その要因として、1)有用なヒトモデル系が存在しないこと、2)軟骨の発生・成熟・老化の機序を網羅的、総合的に解析した例が少なく、未だ同定されていない軟骨特異的分子が多く存在する可能性があることが挙げられる。
本研究の主たる目的は、新たなOA治療法の開発を目指し、iPS細胞技術を利用したヒト3次元軟骨組織モデルを構築し、網羅的探索にて同定した新規軟骨特異的分子の軟骨分化制御機構を分子レベルで解明することである。2023年度は作製した遺伝子改変マウス(ノックアウト)と遺伝子改変iPS細胞を用いて以下の実験を行なった。
1) 遺伝子改変マウス(ノックアウト) のsingle RNA seq(scRNA-seq)解析 :scRNAseqデータのパスウェイ解析を行ったところ、KOマウスにおいてenrichmentのパスウェイを認めた。このパスウェイについて詳細に調べた。
2) 遺伝子改変iPS細胞の軟骨組織への分化誘導 : 遺伝子改変iPS細胞由来軟骨は遺伝子改変マウスから得られたscRNA-seq結果と同様のメカニズムを示した。今後はマウスで得られた結果をヒトモデルとして同様に解析する予定である。

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

本研究の主たる目的は、新たなOA治療法の開発を目指し、iPS細胞技術を利用したヒト3次元軟骨組織モデルを構築し、網羅的探索にて同定した新規軟骨特異的分子の軟骨分化制御機構を分子レベルで解明することである。この目的の中で2023年度では1)scRNAseqのパスウェイ解析、2) 遺伝子改変iPS細胞由来軟骨と遺伝子改変マウス初代軟骨細胞を用いたメカニズムの解明、3)変形性関節症モデルマウスの作成を行った。特にenrichmentのパスウェイを同定できたことにより研究は進展した。また変形性関節症モデルマウスの作成を開始し、最適なモデルを得るための検討を行った。
進捗はおおむね順調であると考えられる。

今後の研究の推進方策

本研究の主たる目的は、新たなOA治療法の開発を目指し、iPS細胞技術を利用したヒト3次元軟骨組織モデルを構築し、網羅的探索にて同定した新規軟骨特異的分子の軟骨分化制御機構を分子レベルで解明することである。初年度に1つの候補遺伝子を同定することが出来た。次年度はKOマウスの解析と遺伝子改変iPS細胞由来軟骨の解析を行うことができた。次々年度はsingle RNA-seq解析から得られた結果を元に軟骨細胞分化の分子機序解明を進めることが出来た。本年度は分子機序解明をさらに進めるとともに、最適と考えられる変形性関節症モデルマウスも用いて分子機序解明も行う予定である。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Engraftment of allogeneic iPS cell-derived cartilage organoid in a primate model of articular cartilage defect2023

    • 著者名/発表者名
      Abe Kengo、Yamashita Akihiro、Morioka Miho、Horike Nanao、Takei Yoshiaki、Koyamatsu Saeko、Okita Keisuke、Matsuda Shuichi、Tsumaki Noriyuki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 804-804

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36408-0

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generation of Monkey Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cartilage Lacking Major Histocompatibility Complex Class I Molecules on the Cell Surface2022

    • 著者名/発表者名
      Okutani Yuki、Abe Kengo、Yamashita Akihiro、Morioka Miho、Matsuda Shuichi、Tsumaki Noriyuki
    • 雑誌名

      Tissue Engineering Part A

      巻: 28 号: 1-2 ページ: 94-106

    • DOI

      10.1089/ten.tea.2021.0053

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Human pluripotent stem cell-derived cartilaginous organoids promote scaffold-free healing of critical size long bone defects2021

    • 著者名/発表者名
      Tam Wai Long、Freitas Mendes Luis、Chen Xike、Lesage Raphaelle、Van Hoven Inge、Leysen Elke、Kerckhofs Greet、Bosmans Kathleen、Chai Yoke Chin、Yamashita Akihiro、Tsumaki Noriyuki、Geris Liesbet、Roberts Scott J.、Luyten Frank P.
    • 雑誌名

      Stem Cell Research & Therapy

      巻: 12 号: 1 ページ: 513-528

    • DOI

      10.1186/s13287-021-02580-7

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 内軟骨性骨化におけるCrispld1の機能解明2024

    • 著者名/発表者名
      山下晃弘, 妻木範行
    • 学会等名
      第36回 日本軟骨代謝学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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