高い骨再生能を持つ間葉系幹細胞スフェロイドの骨修復・再生メカニズムの解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K23012
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 水上 優哉 近畿大学, 医学部, 助教 (20881163)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2022-03-31
• キーワード: 骨再生 / 間葉系幹細胞 / 細胞スフェロイド

研究実績の概要

間葉系幹細胞（MSC）の骨再生治療法への応用が期待されている。先行研究にてスフェロイド化したMSCが、高い骨再生効果を示すことが報告されている。一方で、スフェロイド化により骨再生効果が向上するメカニズムについては不明であり、これを解明することが本研究の目的である。
2020年度には、大腿骨欠損における脂肪由来間葉系幹細胞（ADSC）スフェロイドの骨修復促進効果を検証した。そのため、2021年度は骨修復遅延が生じる糖尿病モデルマウスの骨欠損修復に対するADSCスフェロイド移植効果の検証と組織学的評価を用いた本作用のメカニズムの解析を試みた。
ストレプトゾトシン投与により糖尿病モデルマウスを作製した。糖尿病モデルマウスの大腿骨に骨欠損を作製し、ゼラチンハイドロゲルに搭載した懸濁状態のADSCおよびスフェロイド化したADSCを移植した。その結果、いずれの場合においてもVehicle移植群と比較して有意な骨修復の促進効果はみられなかった。これより、ADSCスフェロイドの骨修復の促進効果は、糖尿病状態では機能しないことが示唆された。健常マウスの骨欠損に対するADSCスフェロイド移植の骨修復の促進効果メカニズムを解析するため、ADSC移植後の骨欠損部における組織学的評価を試みた。しかしながら、健常マウスの大腿骨欠損部へのADSCスフェロイド移植による骨修復の促進効果に再現性が得られず、組織学的評価を行うに至らなかった。そのため、再現性の確認及び移植法の改善を試みた。フィブリン糊の利用、移植細胞数の変更、スフェロイドサイズの変更を行ったが、いずれの方法においてもADSCのスフェロイド化によるADSC移植の骨修復の促進効果に改善はみられなかった。
以上のことから、ADSC移植においてはスフェロイド化により骨再生効果は増強しないことが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Role of peripheral myelin protein 22 in chronic exercise‐induced interactions of muscle and bone in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Miku、Kawao Naoyuki、Muratani Masafumi、Takafuji Yoshimasa、Ishida Masayoshi、Kinoshita Yuko、Takada Yuto、Mizukami Yuya、Ohira Takashi、Kaji Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Cellular Physiology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/jcp.30706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Renal failure suppresses muscle irisin expression, and irisin blunts cortical bone loss in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawao Naoyuki、Kawaguchi Miku、Ohira Takashi、Ehara Hiroki、Mizukami Yuya、Takafuji Yoshimasa、Kaji Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle 巻: 13 ページ: 758～771
  • DOI: 10.1002/jcsm.12892
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calcium Peroxide-Containing Polydimethylsiloxane-Based Microwells for Inhibiting Cell Death in Spheroids through Improved Oxygen Supply (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizukami Yuya、Takahashi Yuki、Shimizu Kazunori、Konishi Satoshi、Takakura Yoshinobu、Nishikawa Makiya
  • 雑誌名: Biological and Pharmaceutical Bulletin 巻: 44 ページ: 1458～1464
  • DOI: 10.1248/bpb.b21-00269
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of plasminogen activator inhibitor-1 in muscle wasting induced by a diabetic state in female mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Ehara Hiroki、Takafuji Yoshimasa、Tatsumi Kohei、Okada Kiyotaka、Mizukami Yuya、Kawao Naoyuki、Matsuo Osamu、Kaji Hiroshi
  • 雑誌名: Endocrine Journal 巻: 68 ページ: 1421～1428
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ21-0142
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Serpinb1a suppresses osteoclast formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishida Masayoshi、Kawao Naoyuki、Mizukami Yuya、Takafuji Yoshimasa、Kaji Hiroshi
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 26 ページ: 101004～101004
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.101004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of Angptl1 on osteoclast formation and osteoblastic phenotype in mouse cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishida Masayoshi、Kawao Naoyuki、Mizukami Yuya、Takafuji Yoshimasa、Kaji Hiroshi
  • 雑誌名: BMC Musculoskeletal Disorders 巻: 22 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s12891-021-04278-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of irisin in effects of chronic exercise on muscle and bone in ovariectomized mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawao Naoyuki、Iemura Shunki、Kawaguchi Miku、Mizukami Yuya、Takafuji Yoshimasa、Kaji Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Bone and Mineral Metabolism 巻: 39 ページ: 547～557
  • DOI: 10.1007/s00774-020-01201-2
  • 査読あり