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温熱刺激は関節軟骨基質生合成を促進することや、軟骨細胞に熱ショック応答によるストレス耐性を与えるなどの報告がなされており、変形性関節症進行予防効果が期待されている。しかしながら、関節を構成する細胞における温熱刺激に対する反応の詳細は未だ不明な点が多い。本年度は、培養温度条件の違いが関節軟骨細胞の代謝と生存率に与える影響を検討した。
培養温度条件が与える影響を解明するために、膝関節内温度付近の32℃、深部体温の37℃、および細胞生存可能閾値付近の温度である41℃の3条件において、最大21日間ペレット培養した。軟骨細胞の分化状態と細胞外基質形成の評価を、湿重量測定、遺伝子発現解析、組織学的観察、超微細構造観察、および生化学的解析によって多角的に検討した結果、37℃条件において軟骨分化マーカーであるⅡ型コラーゲンのmRNA発現が最も高くなり、細胞外基質も最も形成されることが示唆された。DNA量は41℃で有意に少なく、温度が高い程DNA量が少なかった。
本研究により、培養温度は脱分化した軟骨細胞の再分化およびECM形成に影響を与えることが明らかとなった。41℃という高温環境では、細胞数の減少およびECM関連遺伝子の発現抑制が生じ、その結果、著しくECM形成が阻害されたと考えられた。32℃と37℃を比較すると、37℃の方がⅡ型コラーゲンおよびプロテオグリカンの産生がより認められたことから、再分化が促進され、硝子軟骨様のECM形成に働いたと考えられた。
以上の研究は、培養温度環境が軟骨細胞の再分化および細胞外基質形成に及ぼす影響の解明に貢献し、関節軟骨再生治療研究に寄与するところが多いと考えられる。
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