Scaffold-free tissue積層化による３次元骨軟骨モデル構築

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K20181
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: KIM JEONGHYUN 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20844591)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 3次元培養 / 軟骨 / 骨 / 骨細胞 / 肥大軟骨 / 分化 / 多細胞

研究実績の概要

研究実績の概要（800文字）
本研究では、研究代表者がこれまでに開発した３次元細胞組織体の骨scaffold-free tissue(SFT)を軟骨SFTと合わせることで骨-軟骨(osteochondral)モデルの構築を目的とする。以下に、本年度中の主な研究実施内容と、得られた結果をまとめる。
1. 軟骨SFTの評価
マウス軟骨前駆細胞(ATDC5)を用いスフェロイド(spheroid)型SFTを作製し、軟骨モデルとしての機能評価を行った。化学刺激である分化誘導剤無しでも培養４日目からスフェロイドは大きくなり、長期培養後には軟骨細胞分化マーカーが大きく上昇した。また、４週間の長期培養後にはスフェロイド内の個々の細胞の肥大化と共にスフェロイド中心部からアポトーシスが観察された。これは、軟骨内骨化の初期段階に見られる現象であり、３次元培養により得られた結果である。
2. SFT内の多細胞挙動観察
３次元SFT培養モデルのin vitroにおける多細胞挙動を評価した。ヒト間葉系幹細胞由来スフェロイドを用い、次の３つの実験を行った。①スフェロイドのサイズ変化観察、 ②2つのスフェロイドの合体実験（fusion experiment）、③スフェロイドのコラーゲンゲル埋込実験を行い、化学刺激である分化誘導剤によりスフェロイド内の多細胞挙動が大きく変化することが明らかになった。また、この変化はスフェロイド外側に形成されるアクチンフィラメント(actin filaments)によるものだということがわかった。これらの結果は、骨SFTと軟骨SFTの積層化時に予想される多細胞挙動を予想できるだけでなく、スフェロイド移植後生体内におけるin vivo多細胞挙動を予測できると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Dependency of deformation of cell nucleus on stretch direction of tissue: Relation to anisotropic response of aortic media to hypertension (2022)
  • 著者名/発表者名: Fan Yong、Wang Junfeng、Kim Jeonghyun、Maeda Eijiro、Matsumoto Takeo
  • 雑誌名: Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 巻: 133 ページ: 105326～105326
  • DOI: 10.1016/j.jmbbm.2022.105326
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of chemically induced osteogenesis supplements on multicellular behavior of osteocytic spheroids (2022)
  • 著者名/発表者名: Kim Jeonghyun、Inagaki Takashi、Sunaga Junko、Adachi Taiji、Matsumoto Takeo
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 622 ページ: 79～85
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.07.026
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spheroid culture for chondrocytes triggers the initial stage of endochondral ossification (2022)
  • 著者名/発表者名: Kim Jeonghyun、Tomida Kosei、Matsumoto Takeo、Adachi Taiji
  • 雑誌名: Biotechnology and Bioengineering 巻: 119 ページ: 3311～3318
  • DOI: 10.1002/bit.28203
  • 査読あり
• [学会発表] キム ジョンヒョン, 安達 泰治, 松本 健郎 (2023)
  • 著者名/発表者名: Chemical osteogenesis supplements modulated the multicellular behaviors of osteocytic spheroids
  • 学会等名: 第22回日本再生医療学会総会
• [学会発表] 骨細胞スフェロイドの機械的挙動に対する 骨分化誘導剤の影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: キム・ジョンヒョン, 安達泰治, 松本健郎
  • 学会等名: 第45回日本バイオレオロジー学会年会
• [学会発表] Spheroid culture for pre-chondrocyte cells drives hypertrophic chondrocyte differentiation (2022)
  • 著者名/発表者名: Jeonghyun Kim, Kosei Tomida, Taiji Adachi, Takeo Matsumoto
  • 学会等名: 27th Congress of the European Society of Biomechanics
• [学会発表] Effect of chemical osteogenesis induction on mechanical behavior of 3D osteocytic spheroids (2022)
  • 著者名/発表者名: キム・ジョンヒョン, 安達泰治, 松本健郎
  • 学会等名: 第61回日本生体医工学会大会
• [学会発表] Modulation of mechanical environment to induce osteocyte differentiation of mesenchymal stem cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Jeonghyun Kim, Takashi Inagaki, Taiji Adachi, Takeo Matsumoto
  • 学会等名: 9th World Congress of Biomechanics
• [学会発表] Generation of tight actin filaments in response to osteogenesis supplements modulated the mechanical behaviors of osteocytic spheroids (2022)
  • 著者名/発表者名: キム・ジョンヒョン, 安達泰治, 松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会 2022年度年次大会
• [学会発表] Induction of osteocyte differentiation for mesenchymal stem cells in 3D scaffold-free spheroid culture (2022)
  • 著者名/発表者名: Jeonghyun Kim, Taiji Adachi, Takeo Matsumoto
  • 学会等名: Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society Asia-Pacific Conference 2022 (TERMIS-AP 2022)
• [学会発表] In vitro spheroid culture for chondrogenic precursor ATDC5 cells provokes an initial stage of endochondral ossification (2022)
  • 著者名/発表者名: Jeonghyun Kim, Kosei Tomida, Eijiro Maeda, Taij Adachi, Takeo Matsumoto
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Mechanobiology
• [備考] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/jeonghkim/
• [備考] 名古屋大学バイオメカニクス研究室
  • URL: http://bio.mech.nagoya-u.ac.jp/index.html