物理的刺激下における培養細胞を用いた骨再生に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13480292
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 畠 賢一郎 名古屋大学, 医学部附属病院, 助教授 (80293710)
• 研究分担者: 春日 敏宏 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (30233729) ; 岡田 邦彦 名古屋大学, 医学部, 助手 (20345911) ; 上田 実 名古屋大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (00151803)
• キーワード: 物理的刺激 / 低出力超音波パルス / 未分化間葉系幹細胞 / 伸展刺激 / 培養人工骨 / 酸化ストレス / 移植骨 / メカノトランスダクション

研究概要

最近の研究により超音波刺激による骨形成促進作用が明らかとなり、周知の通り臨床応用に至っている。われわれも顎顔面領域における仮骨延長法に超音波刺激(LIPUS)を応用し、早期の骨形成を促している。今回われわれは未分化間葉系幹細胞(MSC)を骨細胞および軟骨細胞へ分化誘導した細胞を用いて、メカニカルストレスが細胞機能におよぼす影響を検索し、人工骨・人工軟骨作製のための有用性を明らかにした。またこれらの概念より、新規注入型マトリックスの開発やその人工材料によるティッシュエンジニアリングの可能性についても研究を行った。再生軟骨作製に関わる、組織マトリックスの検討や実際の臨床応用を視野に入れた検討を行った。
今年度に行った研究については、MSCをペレット培養法で軟骨細胞へ分化誘導時に、低出力超音波刺激(LIPUS)を加えたときの、軟骨マーカーの変動について検討を行った。ペレット中のタンパク量、DNA、細胞数などに、LIPUSの影響はなかったものの、軟骨染色性に優れ(アリューシャンブルー染色)、軟骨基質アグリカン量(ELISA)の増加が見られた。これらのことから、より軟骨分化が成熟された軟骨塊を作成することに成功した。MSCから軟骨細胞への分化過程に超音波を当てることにより軟骨分化誘導を促進することが明らかになった。現在超音波による細胞内シグナル伝達経路を解析中である。
これらの研究により、MSCを骨または軟骨誘導した細胞の早期の分化誘導が可能になる事が示唆され、ティッシュエンジニアリングによる、培養人工骨および軟骨作製時において、超音波刺激および伸展ストレスによる分誘導促進の効果を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Ebisawa K, Hata K.I, Okada K, Kimata K, Ueda M, Torii S, Watanabe H: "Ultrasound Enhances TGF-b Mediated Chondrocyte Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells"Tissue engineering. 10, 3. (2004)
• [文献書誌] Yamada Y, Boo J.S, Ozawa R, Nagasaka T, Okazaki Y, Hata K, Ueda M: "Bone regeneration following injection of mesenchymal stem cells and fibrin glue with a biodegradable scaffold"J.Cranio-fac.Surg.. 31. 27-33 (2003)
• [文献書誌] Maeda H, Kasuga T., Nogami M., Hibino Y., Hata K., Ueda M., Ota Y.: "Preparation of Bioactive Polylactic Acid Composites Containing Calcium Carbonates"Key Engng.Mater.. 24. 163-166 (2003)