組織リモデリングの理解に基づく骨再生法の開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K19883
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鄭 雄一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30345053)
• 研究分担者: 岡田 寛之 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (10883481) ; 大庭 伸介 大阪大学, 大学院歯学研究科, 教授 (20466733) ; 酒井 崇匡 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70456151) ; 北條 宏徳 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 准教授 (80788422)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• キーワード: 組織リモデリング / 骨再生 / 線維化 / 一細胞解析 / バイオマテリアル

研究実績の概要

今年度は前年度に確立した長管骨の骨欠損モデルを用いて、一細胞解析を行った。1 mm骨欠損では欠損作成後２週間で骨の修復が認められ、４週間で骨癒合が認められる。本研究では、骨修復初期のシグナルネットワークを明らかにするため、骨欠損２週間後の骨欠損部位に集積した細胞集団に対して、一細胞RNA-seq解析を行った。異なる期間の酵素処理を検討することで、解析に必要な細胞集団を得ることが可能になった。また、Magnetic cell sorting (MACS)法を用いて、血球系細胞の除去を行った。得られた細胞は、10x Genomics社のChromium解析プラットホームを用いて一細胞解析を行った。Cell Rangerソフトウェアを用いて、マウスリファレンスゲノムmm10へマッピングした後、Seuratを用いてさらなる解析を行った。正規化、クラスタリングおよび細胞アノテーションを行い、骨修復部位に集積した細胞集団を同定した。さらにリガンド―受容体解析を行い、骨修復部位における細胞間シグナル相互作用解析を行い、骨再生への関与が推定されるシグナル因子を同定した。現在、シグナル活性化剤を用いた骨修復・組織線維化に対する効果を検証中である。
また、新規ハイドロゲルを用いた生体適合性とリガンド因子担持性を検討した。その結果、ゲルの物性を変化させることで、リガンド因子の担持性が制御可能なことが示唆された。また、物性を変えることで、ゲルにより誘導される異物反応が異なることが示唆された。
現在、臨界骨欠損モデルにおいて、リガンドを担持した最適化ゲルを用いて、骨再生・線維化の検討を開始した。

研究成果

• [雑誌論文] Single-cell RNA sequencing unravels heterogeneity of skeletal progenitors and cell-cell interactions underlying the bone repair process (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Mika、Okada Hiroyuki、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Chung Ung-il、Ohba Shinsuke、Hojo Hironori
  • 雑誌名: Regenerative Therapy 巻: 21 ページ: 9～18
  • DOI: 10.1016/j.reth.2022.05.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Orally administrable peptides derived from egg yolk promote skeletal repair and ameliorate degenerative skeletal disorders in mouse models (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitaura Yoshiaki、Nakamura Utano、Awada Chihiro、Yamaguchi Motonori、Kim Mujo、Ikeda Yuki、Matsuo Yuki、Moriishi Takeshi、Sawase Takashi、Chung Ung-il、Hojo Hironori、Ohba Shinsuke
  • 雑誌名: Regenerative Therapy 巻: 21 ページ: 584～595
  • DOI: 10.1016/j.reth.2022.11.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Runx2 regulates chromatin accessibility to direct the osteoblast program at neonatal stages (2022)
  • 著者名/発表者名: Hojo Hironori、Saito Taku、He Xinjun、Guo Qiuyu、Onodera Shoko、Azuma Toshifumi、Koebis Michinori、Nakao Kazuki、Aiba Atsu、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Okada Hiroyuki、Tanaka Sakae、Chung Ung-il、McMahon Andrew P.、Ohba Shinsuke
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 40 ページ: 111315～111315
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111315
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Runx2 and Runx3 differentially regulate articular chondrocytes during surgically induced osteoarthritis development (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagata K, Hojo H, Chang SH, Okada H, Yano F, Chijimatsu R, Omata Y, Mori D, Makii Y, Kawata M, Kaneko T, Iwanaga Y, Nakamoto H, Maenohara Y, Tachibana N, Ishikura H, Higuchi J, Taniguchi Y, Ohba S, Chung UI, Tanaka S, Saito T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 6187
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33744-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simple Preparation of Injectable Hydrogels with Phase-Separated Structures That Can Encapsulate Live Cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Shohei、Yoshikawa Yuki、Kamata Hiroyuki、Chung Ung-il、Sakai Takamasa
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 14 ページ: 35444～35453
  • DOI: 10.1021/acsami.2c09906
  • 査読あり
• [学会発表] Elucidating Gene Regulatory Networks Underlying Human Skeletal Development by Integrating a Model of Human Endochondral Bones and Single-cell Multiomics (2022)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Tani, Hiroyuki Okada, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Taku Saito, Sakae Tanaka, Ung-il Chung, Hironori Hojo and Shinsuke Ohba
  • 学会等名: ASBMR 2022
  • 国際学会
• [学会発表] "Gene regulatory networks underlying human endochondral bone formation " (2022)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Tani, Hiroyuki Okada, Taku Saito, Sakae Tanaka, Ung-il Chung, Hironori Hojo and Shinsuke Ohba
  • 学会等名: ICORS 2022
  • 国際学会