リン酸オクタカルシウム・コラーゲンとiPS細胞を用いた顎骨再建治療の新機軸

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K09988
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高橋 哲 東北大学, 歯学研究科, 教授 (60226850)
• 研究分担者: 岩間 亮介 東北大学, 大学病院, 医員 (20866628) ; 江草 宏 東北大学, 歯学研究科, 教授 (30379078) ; 鈴木 治 東北大学, 歯学研究科, 教授 (60374948) ; 鎌倉 慎治 東北大学, 医工学研究科, 教授 (80224640)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: リン酸オクタカルシウム / コラーゲン / 顎骨再建 / iPS細胞

研究実績の概要

口腔顎顔面領域の腫瘍切除などに伴う顎骨の大規模な欠損の修復は、その3次元的な形態の付与と咀嚼機能の改善のため、再建材料は未だに血管柄付き骨移植など、自家骨に頼らざるを得ないのが現状であるが、自家骨採取に伴う手術侵襲は極めて大きく、患者には大きな負担となっている。一方人工骨を用いた方法は、インプラント周囲の歯槽骨に応用可能だが、大規模欠損への応用は困難で、低侵襲かつ自家骨に置き換わる再建方法の確立は喫緊の課題である。申請者はリン酸オクタカルシウム(Octacalcium phosphate: OCP)に着目し、OCPとコラーゲンとの複合体(OCP/Collagen)の優れた骨再生能を国内外で報告してきた。
OCP/Collagenは東洋紡(株)との共同開発により、企業主導の治験を経て2019年5月厚労省の製造販売の承認を得た (製品名：ボナーク)。OCP/Collagenは従来の骨補填材料を凌駕する骨再生能を有し、顎骨再建への応用が期待されているものの大規模な顎骨再建においては更なる改良が必要である。本研究では、大規模な骨欠損部にOCP/CollagenとiPS細胞を組み合わせた担体を応用することに着目し、ラット臨界骨欠損モデルを用いて、OCP/CollagenとiPS細胞による骨再生能を検討し、臨床応用に向けた手法の確立を目的とした。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究の最大の特徴はマウスiPS細胞を用い、in vitroでOCP/ColとiPS細胞を培養して、iPS細胞の骨芽細胞様細胞への分化能を、アルカリフォスファターゼ活性やアリザリンレッド染色で評価するものであるが、マウスのiPS細胞の培養系がうまくいかず、in vitroにおける実験ができなかったことが最大の理由である。

今後の研究の推進方策

今年はin vitroの研究とin vivoの研究を同時に進行することで、2020年の遅れをカバーすることができると考えている。マウスiPS細胞の培養については、我々の研究室だけでなく、研究分担者の江草および鈴木の研究室で同時に行うことで、よりよい培養条件を検索する予定であり、すでにiPS細胞の培養についてはある程度の目処がついているのでin vitroでのOCP/ColによるiPS細胞の骨芽細胞様細胞への分化能の評価については問題なく実験を遂行できると考えている。またin vivoの研究においてもiPS細胞の培養系が確立されていれば、免疫不全ラットに骨欠損を作る実験は先行研究で行なっているので1年で実験を遂行するのは可能であると考えている。

次年度使用額が生じた理由

COVID-19により、予定していた国際学会が全てキャンセルになり、旅費の使用がほとんどなかったため。

研究成果

• [雑誌論文] Segmental Bone Reconstruction by Octacalcium Phosphate Collagen Composites with Teriparatide (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsui Keiko、Kawai Tadashi、Ezoe Yushi、Yanagisawa Toshiki、Takahashi Tetsu、Kamakura Shinji
  • 雑誌名: Tissue Engineering Part A 巻: 15 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1089/ten.tea.2020.0150
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Octacalcium phosphate collagen composite stimulates the expression and activity of osteogenic factors to promote bone regeneration (2020)
  • 著者名/発表者名: Kouketsu A, Matsui K, Kawai T, Ezoe Y, Yanagisawa T, Yasuda A, Takahashi T, Kamakura S.
  • 雑誌名: J Tissue Eng Regen Med 巻: 14 ページ: 99-107
  • DOI: 10.1002/term.2969
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clinical study of octacalcium phosphate and collagen in oral and maxillofacial surgery (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawai T, Kamakura S, Matsui K, Fukuda M, Takano H, Iino M, Ishikawa S, Kawana H, Soma T, Imamura E, Kizu H, Michibata A, Asahina I, Miura K, Nakamura N, Kibe T, Suzuki O, Takahashi T
  • 雑誌名: J Tissue Eng 巻: 11 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1177/2041731419896449
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Octacalcium phosphate collagen composites (OCP/Col) enhance bone regeneration in rat model of skull defect with the defect of dura (2020)
  • 著者名/発表者名: 10.Sasaki T, Niizuma K, Kanoke A, Matsui K, Ogita S, Rashad S, Kawai T, Watanabe M, Takahashi T, Kamakura S, Tominaga T
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 6 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.e03347
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] コラーゲンを活用した人工骨「ボナーク」の開発と臨床応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松井桂子，高橋 哲
  • 雑誌名: Dental Diamond 巻: 45 ページ: 100-105
• [学会発表] リン酸八カルシウム（OCP）が新生骨基質の骨細胞分化に及ぼす影響の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齊藤志都・塩飽由香利・濱井 瞭・長谷川智香・網塚憲生・髙橋 哲・鈴木 治
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会, 2021/3/11
• [学会発表] 顎裂部自家骨移植の代替材料リン酸オクタカルシウム・コラーゲン複合体の治療効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松井桂子、高橋 哲、川井 忠、江副祐史、鎌倉慎治
  • 学会等名: 第65回公益社団法人 日本口腔外科学会総会・学術大会（Web開催）, 2020/11/13~12/15, 名古屋
• [学会発表] リン酸八カルシウム（OCP）表面に形成された骨基質と骨細胞の免疫組織化学的・形態学的検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 齊藤志都・塩飽由香利・濱井瞭・長谷川智香・網塚憲生・髙橋哲・鈴木治
  • 学会等名: 東北骨代謝・骨粗鬆症研究会, 2021/2/6, web開催
• [学会発表] 自家骨移植代替としてOCP/Colを使用した顎裂閉鎖 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松井桂子、髙橋 哲
  • 学会等名: 第44回日本口蓋裂学会総会・学術集会, 2020/6/4-5, 学会誌 紙面開催