多機能ゲルが誘導する軟骨自然再生における間葉系細胞内情報伝達機構の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23240070
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 安田 和則 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20166507)
• 研究分担者: 近江谷 克裕 独立行政法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 研究部門長 (20223951) ; 大橋 俊朗 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30270812) ; 黒川 孝幸 北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (40451439) ; 北村 信人 北海道大学, 医学研究科, 准教授 (80447044) ; 田中 伸哉 北海道大学, 医学研究科, 教授 (70261287) ; 仙葉 愼吾 北海道大学, 医学研究科, 特任助教 (40466496)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ダブルネットワークゲル / 軟骨分化 / 自然再生 / 細胞内情報伝達 / 光イメージング / 細胞メカニクス / 質量分析

研究概要

本研究は以下の発見・解明を行った。①間葉系細胞の軟骨に分化・再生過程においては、解糖系とミトコンドリア呼吸の振動に依存するATP振動がカルシウムイオン振動に誘導されて発生し、分泌の調節を介して軟骨凝集・組織再生を制御する。②DN ゲルが誘導する軟骨分化時にはActin構造の改変による細胞弾性率の上昇が、Insulinと比べて有意に早期に起こる。③DN ゲル誘導軟骨分化時の細胞内情報伝達機構に関して、BMP/TGF-βシグナル経路が特異的に活性化されており、またInsulin非依存的にIGF依存性シグナル伝達経路が活性化されている。④このゲルは液性因子のリザーバー機能を有する。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of proteins showing differential changes during ATP oscillations in chondro-genesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kwon HJ, Ohmiya Y(4番), Yasuda K(最後), 他2名
  • 雑誌名: Cell Biochem Funct 巻: (Epub ahead of print)
  • DOI: 10.1002/cbf.3033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polyelectrolyte hydrogels for replacement and regeneration ofbiological tissues (2014)
  • 著者名/発表者名: Kwon HJ, Yasuda K, Gong JP, Ohmiya Y
  • 雑誌名: Macromol Res 巻: 22 ページ: 227-235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intra-articular administration of hyaluronic acid increases the volume of the hyaline cartilage regenerated in a large osteo- chondral defect by implantation of a DN gel (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukui T, Kitamura N(2番), Yasuda K(最後), 他7名
  • 雑誌名: J Mater Sci Mater Med 巻: 25 ページ: 1173-82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proteoglycans and glycosamino-glycans improve toughness of biocompatible double network hydrogels (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhao Y, Kurokawa T(4番), Yasuda K(10番), 他12名
  • 雑誌名: Adv Mater 巻: 26 ページ: 436-42
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous monitoring of intracellular ATP and oxygen levels in chondrogenic differentiation using a dual-color bioluminescence reporter (2013)
  • 著者名/発表者名: Kwon HJ, Ohmiya Y, Yasuda K
  • 雑誌名: Luminescence 巻: (Epub ahead of print)
  • DOI: 10.1002/bio.2598
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chondrogenesis on sulfonate-coated hydrogels is regulated by their mechanical properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Kwon HJ, Yasuda K
  • 雑誌名: J Mech Behav Biomed Mater 巻: 17 ページ: 337-46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of the gel thickness on in vivo hyaline cartilage regeneration induced by double-network gel implanted at the bottom of a large osteochondral defect : Short-term results (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H, Kitamura N (2 番), Yasuda K (最後), 他 4 名
  • 雑誌名: BMC Musculoskelet Disord 巻: 14 ページ: 50-59
  • DOI: 10.1186/1471-2474-14-50
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyaluronic acid affects the in vitro induction effects of synthetic PAMPS and PDMAAm hydrogels on chondrogenic differentiation of ATDC5 cells, depending on the level of con- centration (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa K, Kitamura N (2 番), Yasuda K (最後), 他 6 名
  • 雑誌名: BMC Musculoskelet Disord 巻: 14 ページ: 56-63
  • DOI: 10.1186/1471-2474-14-56
  • 査読あり
• [雑誌論文] Poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) gel induces articular cartilage regeneration in vivo : Comparisons of the induction ability between single- and double-network gels (2012)
  • 著者名/発表者名: Ogawa M, Kitamura N (2 番), Yasuda K (最後), 他 4 名
  • 雑誌名: J Biomed Mater Res 巻: 100 ページ: 2244-51
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual-color system for simultaneously monitoring intracellular Ca^<2+> and ATP dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: Kwon HJ, Ohmiya Y, Yasuda K
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry 巻: 430 ページ: 45-47
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronized ATP oscillations have a critical role in prechondrogenic condensation during chondrogenesis (2012)
  • 著者名/発表者名: Kwon HJ, Ohmiya Y (2 番), Yasuda K (最後), 他 4 名
  • 雑誌名: Cell Death Dis 巻: 3 ページ: e278
  • DOI: 10.1038/cddis.2012.20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust bonding and one-step facile synthesis of tough hydrogels with desirable shape by virtue of the double network structure (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito J, Kurokawa T (3 番), Yasuda Y (最後), 他 7 名
  • 雑誌名: Polym Chem 巻: 2 ページ: 575-580
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene expression profile of the cartilage tissue spontaneously regenerated in vivo by using a novel double-network gel : Comparisons with the normal articular cartilage (2011)
  • 著者名/発表者名: Imabuchi R, Ohmiya Y (2 番), Yasuda K (最後), 他 5 名
  • 雑誌名: BMC Musculoskelet Disord 巻: 12 ページ: 213
  • DOI: 10.1186/1471-2474-12-213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous hyaline cartilage regeneration can be induced in an osteochondral defect created in the femoral condyle using a novel DN hydrogel (2011)
  • 著者名/発表者名: Yokota M, Yasuda K (2 番), Kitamura N (3番), 他 4 名
  • 雑誌名: BMC Musculoskelet Disord 巻: 12 ページ: 49
  • DOI: 10.1186/1471-2474-12-49
  • 査読あり
• [雑誌論文] Joint immobilization inhibits spontaneous hyaline cartilage regeneration induced by a novel DN gel implantation (2011)
  • 著者名/発表者名: Arakaki K, Kitamura N (2 番), Yasuda K (最後), 他 4 名
  • 雑誌名: J Mater Sci Mater Med 巻: 22 ページ: 417-425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Induction of spontaneous hyaline cartilage regeneration using a doublenetwork gel : Efficacy of a novel therapeutic strategy for an articular cartilage defect (2011)
  • 著者名/発表者名: Kitamura N (1 番), Yasuda K (2 番), Kurokawa T, 他5 名
  • 雑誌名: Am J Sports Med 巻: 39 ページ: 1160-1169
  • 査読あり
• [学会発表] Biomechanical characterization of rapid chondrogenic di erentiation of ATDC5 cells cultured on PAMPS/PDMAAm DN gel (2014)
  • 著者名/発表者名: Maeda E, Yasuda K , Ohashi T.: 他4名
  • 学会等名: The 60th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society
  • 発表場所: Hyatt Regency, New Orleans, Louisiana
  • 年月日: 20140315-18
• [学会発表] In vivo effects of intraarticular hyaluronic acid administration on hyaline cartilage regeneration induced by PAMPSPDMAAm DN hydrogel (2013)
  • 著者名/発表者名: Fukui T, Kitamura N, Yasuda K: 他4名
  • 学会等名: Ortho- paedic Research Society
  • 発表場所: Gonzalez Convention center, San Antonio, Texas
  • 年月日: 20130126-29
• [学会発表] Hyaluronic acid enhances the effect of the PAMPS/PDMAAm double-network hydrogel on chondrogenic differentiation of ATDC5 Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitamura N, Yasuda K : 他5名
  • 学会等名: The 58th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, CA
  • 年月日: 20120204-07