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2021 年度 実施状況報告書

エクソソームの半月板再生における作用機序の解明と遺伝子改変による組織再生能の増強

研究課題

研究課題/領域番号 21K09307
研究機関獨協医科大学

研究代表者

片桐 洋樹  獨協医科大学, 医学部, 講師 (50795028)

研究分担者 宮武 和正  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附講座講師 (00777435)
辻 邦和  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, ジョイントリサーチ講座教授 (20323694)
古賀 英之  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30594080)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード半月板再生 / 作用機序の解明 / 間葉系幹細胞 / 細胞外小胞
研究実績の概要

組織幹細胞、特に間葉系幹細胞を使用した再生医療は急速に発展している。その作用機序と考えられる間葉系幹細胞から放出される間葉系幹細胞由来細胞外小胞は、組織再生医療への応用が期待されている。しかし、半月板修復に対するM間葉系幹細胞由来細胞外小胞の効果を検証した報告は未だない。本研究の目的は、マウス半月板切除モデルにおける間葉系幹細胞由来細胞外小胞の関節内投与による半月板修復能を評価する事と、間葉系幹細胞由来細胞外小胞による半月板修復のメカニズムを解明することである。マウス半月板切除モデルにおいて、関節内への間葉系幹細胞由来細胞外小胞の投与は再生半月板内の細胞を増殖させ、半月板の修復を促進させた。間葉系幹細胞由来細胞外小胞による半月板再生のメカニズムを明らかにするために、間葉系幹細胞由来細胞外小胞を軟骨細胞と滑膜間葉系幹細胞に投与しIn Vitroでの細胞増殖能と遊走能の評価を行った。間葉系幹細胞由来細胞外小胞は軟骨細胞と滑膜間葉系幹細胞の増殖能、遊走能を向上させた。これらのメカニズムを解明するために、RNAシークエンス(RNA-seq)を行った。間葉系幹細胞由来細胞外小胞は、軟骨細胞において168個の発現変動遺伝子を誘導し、軟骨細胞と滑膜MSCsにおいてCXCL5とCXCL6に関連する遺伝子発現を有意に上昇させた
上記結果に基づき、CXCL5/6のシグナル経路をそれぞれ阻害した。ERKシグナル阻害にてCXCL5/6の低下、増殖能と遊走能の低下を認めた。同様にCXCL5/6のレセプターのCXCR2の阻害にて増殖能,遊走能は低下した。本結果より、CXCL5/6はエクソソームによりERKシグナルを介し発現し細胞増殖・遊走能を増強していた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

おおむね順調に進展している。
RNAシークエンス研究における、間葉系幹細胞由来細胞外小胞添加MSCsよりRNAを抽出する際に既定の量のRNAを抽出する、条件検討にやや期間を要したが、その他の実験においては概ね順調に進んだ。RNAシークエンス網羅的データに対する、バイオインフォマティクス解析では一定の期間を要したが、概ね予想の範囲内であった。CXCL5/6のシグナル経路をそれぞれ阻害実験においても概ね予想の範囲内であった。
総合的には当初予定した研究はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

来年度は研究計画通り以下の実験を行う予定です。
〇エクソソームの組織再生での発現変動因子の作用機序in vivo
・蛍光染色したDilエクソソームを用いて再生組織内での取り込みの場所を特定し、CXCL5/6・PCNA等のハイブリダイゼーションを行い、作用部位を同定する。・半月板切除+エクソソーム投与モデルにERKシグナル阻害剤、リコンビナントCXCL5/6、CXCR2アンタゴニストを投与し、組織再生、細胞増殖能を評価する。期待される結果:CXCL5/6の発現阻害により細胞増殖、組織再生が低下しリコンビナントCXCL5/6の投与により細胞増殖・組織再生能が増強する。
〇エクソソームによる半月板再生における組織幹細胞の経時的動態解析
・半月板切除+エクソソーム投与モデルに細胞分裂時のDNAをラベルするチミジン・アナログ蛍光染色剤(2-1準備状況の項)を投与することにより、エクソソームにより細胞増殖した細胞の再生組織内での動態を経時的に評価する。期待される結果:関節内特定部位内(滑膜を想定)の組織幹細胞へのエクソソームの取り込み、細胞増殖がおき、同染色性を保持した細胞が損傷部へ移動し、半月板の再生が生じる。

次年度使用額が生じた理由

研究は順調に進捗したが、コロナによる影響で一部行えなかった実験があり、当初予定の研究を行わなかったため、次年度使用額が生じた。次年度に本年度予定していた、実験を行う為の必要経費を次年度使用額として算出した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Short-Term Outcomes after High Tibial Osteotomy Aimed at Neutral Alignment Combined with Arthroscopic Centralization of Medial Meniscus in Osteoarthritis Patients2023

    • 著者名/発表者名
      Katagiri Hiroki、Nakagawa Yusuke、Miyatake Kazumasa、Ohara Toshiyuki、Shioda Mikio、Sekiya Ichiro、Koga Hideyuki
    • 雑誌名

      The Journal of Knee Surgery

      巻: 36 ページ: 261~268

    • DOI

      10.1055/s-0041-1731738

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous bilateral total knee arthroplasty is safe and effective for patients in different ages2023

    • 著者名/発表者名
      Ariga Akane、Kohno Yuji、Nakagawa Yusuke、Watanabe Toshifumi、Katagiri Hiroki、Ohara Toshiyuki、Shioda Mikio、Ozeki Nobutake、Amemiya Masaki、Okawa Atsushi、Sekiya Ichiro、Koga Hideyuki
    • 雑誌名

      Journal of Orthopaedic Science

      巻: 28 ページ: 173~179

    • DOI

      10.1016/j.jos.2021.08.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of Clinical Outcomes after Revision Anterior Cruciate Ligament Reconstruction using a Bone-patellar Tendon-bone Autograft and that Using a Double-Bundle Hamstring Tendon Autograft2023

    • 著者名/発表者名
      Katagiri Hiroki、Nakagawa Yusuke、Miyatake Kazumasa、Ozeki Nobutake、Kohno Yuji、Amemiya Masaki、Sekiya Ichiro、Koga Hideyuki
    • 雑誌名

      The Journal of Knee Surgery

      巻: 36 ページ: 613-621

    • DOI

      10.1055/s-0041-1740927

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Clinical outcomes of two-stage revision total knee arthroplasty in infected cases with antibiotic-loaded cement spacers produced using a handmade silicone mold2021

    • 著者名/発表者名
      Hoshino Takashi、Watanabe Toshifumi、Nakagawa Yusuke、Katagiri Hiroki、Ozeki Nobutake、Ohara Toshiyuki、Shioda Mikio、Kono Yuji、Sekiya Ichiro、Koga Hideyuki
    • 雑誌名

      Knee Surgery & Related Research

      巻: 33 ページ: 1~27

    • DOI

      10.1186/s43019-021-00113-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extracellular vesicles derived from mesenchymal stromal cells mediate endogenous cell growth and migration via the CXCL5 and CXCL6/CXCR2 axes and repair menisci2021

    • 著者名/発表者名
      Kawata Kazumasa、Koga Hideyuki、Tsuji Kunikazu、Miyatake Kazumasa、Nakagawa Yusuke、Yokota Takanori、Sekiya Ichiro、Katagiri Hiroki
    • 雑誌名

      Stem Cell Research & Therapy

      巻: 12 ページ: 414~424

    • DOI

      10.1186/s13287-021-02481-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inflammatory and healing environment in synovial fluid after anterior cruciate ligament reconstruction: Granulocytes and endogenous opioids as new targets of postoperative pain2021

    • 著者名/発表者名
      Katagiri Hiroki、Nakamura Kaori、Muneta Takeshi、Watanabe Toshifumi、Miyatake Kazumasa、Sekiya Ichiro、Koga Hideyuki、Tsuji Kunikazu
    • 雑誌名

      Biochemistry and Biophysics Reports

      巻: 26 ページ: 100981~100981

    • DOI

      10.1016/j.bbrep.2021.100981

    • 査読あり
  • [雑誌論文] RE: Onuma H, Tsuji K, Hoshino T, Inomata K, Udo M, Nakagawa Y, Katagiri H, Miyatake K, Watanabe T, Sekiya I, Muneta T, Koga H. Fibrotic changes in the infrapatellar fat pad induce new vessel formation and sensory nerve fiber endings that associate prolonged pain. J Orthop Res. 2020 Jun;38(6):1296?1306.2021

    • 著者名/発表者名
      Stocco Elena、Porzionato Andrea、De Caro Raffaele、Macchi Veronica
    • 雑誌名

      Journal of Orthopaedic Research

      巻: 39 ページ: 2533~2534

    • DOI

      10.1002/jor.24966

    • 査読あり
  • [学会発表] 内側開大型高位脛骨骨切り術(OWHTO)におけるスポーツパフォーマンスに与える影響因子の検討2021

    • 著者名/発表者名
      塩田 幹夫、古賀 英之, 中村 智祐, 片桐 洋樹, 中川 裕介, 大原 敏之, 河野 佑二, 雨宮 正樹, 安 宰成, 柳下 和慶, 関矢 一郎, 大川 淳
    • 学会等名
      第94回日本整形外科学会学術総会

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公開日: 2024-12-25  

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