iPS細胞由来多血小板血漿の開発と骨癒合促進効果に関する研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K09615
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 志賀 康浩 千葉大学, 大学院医学研究院, 特任准教授 (90568669)
• 研究分担者: 高山 直也 千葉大学, 大学院医学研究院, 准教授 (10584229) ; 大鳥 精司 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (40361430) ; 折田 純久 千葉大学, 大学院医学研究院, 特任准教授 (60638310) ; 稲毛 一秀 千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (80793629) ; 曽根 正光 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (90599771) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: iPS細胞由来血小板 / サイトカイン / 骨癒合 / 骨形成促進

研究実績の概要

前年度からの継続研究を進め iPS細胞由来人工巨核球・血小板凍結乾燥製剤の作成が効率的となった．ラット腰椎骨癒合モデルでの骨修復効果の検証を繰り返し，in vivoでの両評価系を確立した．同時に，レンチウイルスベクターを用いて巨核球株に骨癒合が期待される因子（PDGF等）を強制導入し恒常的に過剰発現する不死化巨核球細胞株をそれぞれ作製した．巨核球の成熟および血小板産生には影響しないこと，そして，大量の増殖因子が十分量放出されることを再確認出来た．
iPS血小板の骨癒合促進メカニズムとして，iPS血小板投与によって骨芽細胞の前駆細胞である間葉系幹細胞 (MSC)の増殖促進が起きMSCからの骨分化が促進されることをin vitro実験系再確認した．加えてin vivo実験において，骨形成タンパク BMPとiPS血小板の混合添加実験を行った結果，iPS血小板を添加で早期に新規に骨形成が開始された．また，BMPは用量依存性に骨形成能を発揮したが，高用量使用群の80％に過剰炎症による有害事象が生じた．今回，骨再生における安全なBMP至適濃度が判明したことは今後AI解析に使用出来るレベルでの骨形成能の定量化方法が明らかになった．AI技術を用いた治療最適な組み合わせと濃度の決定に向けて， ラットモデル作成後，比較的早期の1，2週後で骨形成系および骨吸収系指標6項目（CTX-1,RANKL, Osteocalcin. OPG, P1NP, TRACP）に関して椎体移植部（新規骨形成部）の免疫染色解析を実施した．その結果，iPS血小板製剤投与群において，骨形成骨吸収ともに有意に染色される結果となり，新規骨形成のためのターンオーバーが上昇していることが示唆された．一方で，AI解析診断に結び付ける特異的かつスコアリング可能な特徴ある免疫染色は不可能であり，確実なAI解析には適さないことが判明した．

研究成果

• [雑誌論文] The Effect of Megakaryocytes and Platelets Derived from Human-Induced Pluripotent Stem Cells on Bone Formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Masashi Sato, Yasuhiro Shiga, Naoya Takayama, Masamitsu Sone, Kentaro Kosaka, Itsuro Motegi, Norichika Mizuki, Kazuhide Inage, Yawara Eguchi, Miyako Narita, Sumihisa Orita, Koji Eto, Seiji Ohtori
  • 雑誌名: Spine Surg Relat Res . 巻: 22;5(3) ページ: 196-204.
  • DOI: 10.22603/ssrr.2020-0226. eCollection 2021.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] The Platelet derived from induced pluripotent stem cells accelerates bone union with adequate rigidity in posterolateral lumbar fusion surgery model in rats (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Shiga, Masashi Sato, Norichika Mizuki, Sumihisa Orita, Kazuhide Inage, Yawara Eguchi, Miyako Narita, Takashi Hozumi, Geundong Kim, Takuma Odagiri, Tomohito Mukaihata, Satoshi Maki, Takeo Furuya, Kentaro Kosaka, Naoya Takayama, Koji Eto, Seiji Ohtori
  • 学会等名: ISSLS Anual meeting2021
  • 国際学会
• [学会発表] iPS細胞由来巨核球・血小板製剤の骨癒合促進効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 志賀康浩，佐藤雅，水木誉凡，折田純久，稲毛一秀，江口和，穂積崇史，金勤東，江藤浩之， 高山直也，小坂 健太朗，大鳥 精司
  • 学会等名: 第94回 日本整形外科学会学術総会
• [学会発表] iPS細胞由来血小板製剤は骨癒合促進効果を有する 自己血由来多血小板血漿を凌駕する組織修復効果の可能性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 志賀康浩，佐藤雅，水木誉凡，折田純久，稲毛一秀，江口和，金勤東，穂積崇史，小田切拓磨，向畑智仁，牧聡，古矢丈雄，小坂健太朗，高山直也，江藤浩之，大鳥精司
  • 学会等名: 第50回日本脊椎脊髄病学会学術集会