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変形性関節症に対する間葉系間質細胞由来セクレトーム治療における作用機序の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K24460
補助金の研究課題番号 22H03201 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
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

中村 憲正  大阪大学, 国際医工情報センター, 招へい教授 (50273719)

研究分担者 落谷 孝広  東京医科大学, 医学部, 特任教授 (60192530)
吉岡 祐亮 (吉岡祐亮)  東京医科大学, 医学部, 講師(特任) (60721503)
辻井 聡  大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任講師(常勤) (70898014)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
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)
2025年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワードセクレトーム / 間葉系幹細胞 / 変形性関節症 / miRNA / バイオインフォマティックス解析 / バイオインフォマティクス解析 / 組織修復 / エクソソーム
研究開始時の研究の概要

間葉系間質細胞(Mesenchymal stromal cell:MSC)による変形性関節症(Osteoarthritis:OA)など炎症性、変性組織病変への治療効果として、エクソソームを主体とする細胞外小胞群であるセクレトーム(Secretome:SCR)の関与が報告されている。
SCRによるOA治療の作用機序の候補として、遺伝子発現の制御に重要な役割を持つとされるマイクロRNA(miRNA)が注目を集めているが、病態制御の系統的メカニズムの詳細は不明である。
本研究では標的細胞へのSCR投与に伴う変動遺伝子を網羅的に解析し、OAの病態制御に係わる遺伝子群やSCR中のmiRNA群のネットワークをBioinformatic解析により同定し、SCRのmiRNAを介した病態制御の作用機序を解明する。

研究実績の概要

間葉系間質細胞(Mesenchymal stromal cell:MSC)による組織治療効果は抗炎症作用、マトリックス形成、破壊などを制御するTrophic作用によるものとされるが、近年MSCが産生するエクソソームを主体とする細胞外小胞群であるセクレトーム(Secretome:SCR)の関与が報告されている。
MSC由来SCR(MSC-SCR)による組織治療の臨床応用に向けては、安全で効率良い調製法に加え、レギュラトリーサイエンスの観点から製品規格の確立、特にSCRの作用機序(Mode of Action:MOA)の同定が鍵となる。
その候補としてSCRには遺伝子発現の制御に重要な役割持つとされるマイクロRNA(microRNA:miRNA)が豊富に含まれ、SCR治療メカニズムの鍵となる因子として注目を集めているが、組織治療におけるmiRNAを介した病態制御の系統的メカニズムの詳細は不明である。
そこで本研究では標的細胞へのSCR投与に伴う変動遺伝子を網羅的に解析し、SCRのmiRNAを介した病態制御のMOAを解明するため、肩腱板断裂モデルラットを用いて、IFN-γでpre-conditioningされたMSC-SCRが骨ー腱修復に与える影響を検討する上で、本年度に以下の成果を得た。
通常条件で回収したMSC-SCRは、LPS刺激を加えたマクロファージ様細胞株に対して、炎症性のサイトカインの分泌を減少させ、関連する遺伝子発現も抑制した。また、in vivo実験を行うにあたって、ラットを用いた肩腱板断裂モデルの作成とその修復法について検討する予備実験を行った。

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

本研究課題を進めていくにあたって、MSC培養中のpre-conditioning刺激条件を選定することが非常に重要であるが、すでに条件検討は終了し、今後の実験へのスムーズな応用が期待される。in vivo、in vitroともに最終目標に向けて着実に進展していると考える。
今後は、通常培養で得られるNormal-MSC-SCR(N-MSC-SCR)と選定した刺激条件下で得られるPre-conditioning-MSC-SCR(P-MSC-SCR)を用いた比較実験にて効果検証を遂行する予定である。

今後の研究の推進方策

今後の研究予定として, MSC-SCRの変性疾患におけるターゲット細胞を培養し、MSC-SCR添加後の細胞内遺伝子発現プロファイルを網羅的にRNA-seqを用いて同定するにあたり、ラット腱板断裂モデルを用いたMSC-SCR投与実験を行う予定である。
3ヶ月齢のオスSprague-Dawley(SD)ラットの棘上筋の遠位部を切離し、腱板を断裂させ、4週後に縫合糸を用いて棘上筋腱を上腕骨付着部に縫着し修復する。再建後より1週毎にN-MSC-SCRを関節内投与し、術後早期である再建後2週、4週時に組織学的解析、および免疫組織化学染色や蛍光免疫染色を行い、修復組織の経時的な変化が十分確認できるか検討を行う。
さらに、上記で得られた結果をもとに、同様の手法にて、N-MSC-SCRまたはINF-γでPre-conditioningされたP-MSC-SCRを投与し、修復組織の質を組織学的解析または免疫組織化学染色にて比較し、P-MSC-SCRの有効性を明らかとする予定である。また、in vitro実験において、修復過程で関与する細胞への治療効果も評価する予定である。さらに,MSC-SCRの内包するmiRNAとターゲット細胞中の変動遺伝子を網羅的に解析し、病態制御に係わる遺伝子群やSCR中のmiRNA群のネットワークをBioinformatic解析により同定し、修復に関与する重要な因子の探索を進め、SCRのmiRNAを介した病態制御のMOAを解明していく予定である。
上記研究は複数(5検体)ドナーより調製したMSC-SCRに対して行い、SCRの個体差について検討する。また研究が予想を上回る速度で進捗した場合、滑膜MSC由来のSCRのMOA解析も追加し、脂肪MSC由来SCRとの比較検討を行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Small extracellular vesicles derived from human adipose‐derived mesenchymal stromal cells cultured in a new chemically‐defined contaminate‐free media exhibit enhanced biological and therapeutic effects on human chondrocytes in vitro and in a mouse osteoarthritis model2023

    • 著者名/発表者名
      Hanai Hiroto、Hart David A.、Jacob George、Shimomura Kazunori、Ando Wataru、Yoshioka Yusuke、Ochiya Takahiro、Nakagawa Shinicihi、Nakamura Masato、Okada Seiji、Nakamura Norimasa
    • 雑誌名

      Journal of Extracellular Vesicles

      巻: 12 号: 7

    • DOI

      10.1002/jev2.12337

    • 関連する報告書
      2023 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] Clinical Safety and Effectiveness of Adipose-Derived Stromal Cell vs Stromal Vascular Fraction Injection for Treatment of Knee Osteoarthritis: 2-Year Results of Parallel Single-Arm Trials2022

    • 著者名/発表者名
      Yokota Naomasa、Lyman Stephen、Hanai Hiroto、Shimomura Kazunori、Ando Wataru、Nakamura Norimasa
    • 雑誌名

      The American Journal of Sports Medicine

      巻: 50 号: 10 ページ: 2659-2668

    • DOI

      10.1177/03635465221107364

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Regulatory and Ethical Aspects of Orthobiologic Therapies2022

    • 著者名/発表者名
      Iain R. Murray, Jorge Chahla, Sarah J. Wordie, Shane A. Shapiro, Nicolas S. Piuzzi, Rachel M. Frank, Joanne Halbrecht, Kiyoshi Okada, Norimasa Nakamura,et al.
    • 雑誌名

      Orthopaedic Journal of Sports Medicine

      巻: 10 号: 11

    • DOI

      10.1177/23259671221101626

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Utilization of Orthobiologic Augmentation for Meniscal Repairs: Current Concepts and Future Perspectives.2022

    • 著者名/発表者名
      K Shimomura, G Jacob, H Hanai, N Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Cartilage & Joint Preservation

      巻: 16

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Editorial: Tissue Engineering and Cell Therapy for Cartilage Restoration.2022

    • 著者名/発表者名
      Fernandes TL, Bueno DF, Shimomura K, Shao Z, Gomoll AH.
    • 雑誌名

      Front Cell Dev Biol.

      巻: 10 ページ: 947588-947588

    • DOI

      10.3389/fcell.2022.947588

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 変形性関節症に対する治療効果を有する高純度脂肪由来間葉系間質細胞由来 細胞外小胞の回収法の確立2023

    • 著者名/発表者名
      花井 洋人
    • 学会等名
      第38回日本整形外科学会基礎学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Extracellular vesicles with high purity derived from ASC cultured in a new medium suppresses progression of osteoarthritis in a mouse model2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Hanai
    • 学会等名
      17th ICRS World Congress 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adipose derived stromal cell-based therapy in osteoarthritis.2022

    • 著者名/発表者名
      Norimasa Nakamura
    • 学会等名
      International Workshop on Osteoarthritis Imaging
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Significance of living mesenchymal stromal cells within natural bio-scaffold in osteochondral repair2022

    • 著者名/発表者名
      Norimasa Nakamura
    • 学会等名
      ICRS world congress
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cartilage Repair in Asia: Current Standard and Future Perspectives Synovial Derived Stem Cell Based Strategies.2022

    • 著者名/発表者名
      Norimasa Nakamura
    • 学会等名
      Freiburger Knoepeltage
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Clinical status of orthobiologics for OA of the knee joint: International perspective2022

    • 著者名/発表者名
      Norimasa Nakamura
    • 学会等名
      第95回日本整形外科学会学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Synovial MSC-derived Tissue Engineered Construct in Joint Repair - Rationale and Clinical Application2022

    • 著者名/発表者名
      Norimasa Nakamura
    • 学会等名
      第95回日本整形外科学会学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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