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2011 年度 実績報告書

ヒト運動器細胞・間葉系幹細胞の三次元力学刺激応答におけるシグナル伝達機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23390363
研究機関大阪大学

研究代表者

中田 研  大阪大学, 医学系研究科, 講師 (00283747)

研究分担者 名井 陽  大阪大学, 医学部附属病院, 准教授 (10263261)
西本 憲弘  和歌山県立医科大学, 医学部, 教授 (80273663)
中村 憲正  大阪大学, 臨床医工学融合研究教育センター, 招聘教授 (50273719)
前 達雄  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (10569734)
北 圭介  大阪大学, 医学系研究科, 特任助教 (30588869)
キーワード運動器細胞 / 三次元培養 / 力学刺激 / シグナル伝達機構 / メカノトランスダクション
研究概要

ヒト軟骨,骨,滑膜,半月板組織由来初代培養細胞と体性幹細胞から三次元培養組織を作成し,繰り返し力学刺激負荷下に培養を行い,培養組織内での遺伝子発現,蛋白発現,蛋白リン酸化,各種シグナル分子阻害剤添加による効果を解析することにより,以下の4点を明らかにする目的で研究を行った.
1)メカノトランスダクションとクロストークの解明
本培養システムにより,三次元組織内での細胞内メカノトランスダクションを解明するため,力学負荷下のCox2阻害剤,IL-1レセプターアンタゴニスト添加によるPGE2産生を測定し,力学負荷により誘導されるPGE2産生はCox2経路と,一部,IL-1シグナルの伝達経路を用いて誘導されていることが明らかになった.
2)力学応答の発現遺伝子(既知遺伝子)群のネットワーク解析
運動器細胞の力学刺激に応答する発現遺伝子群をバイオインフォマティックス手法によりネットワーク解析を行い,発現遺伝子を制御している隠された分子群を明らかにした.力学刺激で2倍以上の発現増を1761遺伝子でみとめ,BMP2,BMP4,BMP6,TGF-b2,Smad6が負荷量に応じた発現増を示した.
3)薬剤の力学応答での効果
関節疾患の既存薬を添加して力学刺激培養を行い,発現遺伝子,発現蛋白を解析した.NSAIDsである選択的Cox2阻害剤,および,非選択的Cox阻害剤,デキサメサゾンでは,力学負荷による上昇したPGE2蛋白発現を抑制し,ADAMTS4遺伝子発現を一部抑制した.また,関節疾患治療で用いられるビアルロン酸の添加では,ピアルロン酸分子量に一部異なる反応を示したが,100μg/ml以上の濃度で,PGE2産生低下,MMP3遺伝子発現抑制効果を示した.

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

研究で計画した4分野のうち,3分野は計画を伸展しており,1分野は,現在,進行中である.

今後の研究の推進方策

ヒト運動器,関節組織由来の三次元力学刺激応答に関わる発現遺伝子の解析を,バイオインフォマティックスを用いて,力学負荷により発現の上昇,または,低下した発現遺伝子群のネットワーク解析からメカノトランスダクションに関わる分子群を明らかにする.また,力学刺激によるヒト滑膜細胞,半月板細胞,軟骨細胞での疼痛炎症関連分子であるPGE2産生のメカニズム,マトリックス分解酵素のMMPs,ADAMTSsの遺伝子発現のシグナル伝達につき,Il-1レセプターシグナル,MAPKシグナル,P38シグナルについ,阻害剤添加による抑制効果をしらべ,各シグナルトランスダクションのしくみを解明し,変形性関節症の病態,治療解明を進める.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Prolonged matrix metalloproteinase-3 high expression after cyclic compressive load on human synovial cells in three-dimensional culture tissue2012

    • 著者名/発表者名
      Akamine Y, Muroi Y, Nakata K, Kakudo K
    • 雑誌名

      Int J of Oral Maxillofac Surg

      巻: (印刷中)

    • DOI

      10.1016/j.ijom.2011.10.027

    • 査読あり
  • [学会発表] OA初期におけるヒアルロン酸の効果2012

    • 著者名/発表者名
      中田研, 北圭介, 前達雄, 下村和範, 金銅真世, 松尾知彦, 吉川秀樹
    • 学会等名
      第25回日本軟骨代謝学会
    • 発表場所
      名古屋(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-10
  • [学会発表] Effects of NSAIDs on mechanical stress-induced arthritis by cyclic compressive loading on 3-D cultured human synovial cells2012

    • 著者名/発表者名
      金銅真世, 北圭介, 室井悠里, 太田圭介, 赤峯勇哲, 覚道健治, 吉川秀樹, 中田研
    • 学会等名
      第25回日本軟骨代謝学会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-03-10
  • [学会発表] Analysis of intracellular reactions by cyclic compressive loading on 3-D tissue of human synovial fibroblasts2012

    • 著者名/発表者名
      下村和範, 北圭介, 金本隆司, 中村憲正, 前達雄, 松尾知彦, 赤峯勇哲, 宮本諭, 吉川秀樹, 中田研
    • 学会等名
      第25回日本軟骨代謝学会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-03-09
  • [学会発表] ヒト半月板細胞に対する三次元力学負荷による発現遺伝子プロファイル解析2012

    • 著者名/発表者名
      金本隆司, 下村和範, 北圭介, 前達雄, 松尾知彦, 赤峯勇哲, 中田研
    • 学会等名
      第25回日本軟骨代謝学会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-03-09
  • [学会発表] Prostaglandin E2 up-regulation by cyclic compressive loading on 3-D tissue of human synovial fibroblasts via COX-2 and IL-1 receptor signal pathway2012

    • 著者名/発表者名
      Shimomura K, Kita K, Kanamoto T, Nakamura N, Mae T, Yoshikawa H, Nakata K
    • 学会等名
      Orthoapedic Research Society Annual Meeting
    • 発表場所
      サンフランシスコ,米国
    • 年月日
      2012-02-06
  • [学会発表] 運動器組織の力学的影響:細胞内メカノトランスダクションから整形外科疾患,再生へ2011

    • 著者名/発表者名
      中田研
    • 学会等名
      日本整形外科学会基礎学術集会
    • 発表場所
      群馬(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-21
  • [学会発表] ヒト滑膜細胞は,力学負荷によりIL-1レセプターシグナル,COX-2を介するメカノトランスダクションによりプロスタグランジンE2を産生する2011

    • 著者名/発表者名
      下村和範、北圭介、金本隆司、中村憲正、前達雄、松尾知彦、赤峯勇哲、太田啓介、金銅真世、宮本諭、吉川秀樹、中田研
    • 学会等名
      日本整形外科学会基礎学術集会
    • 発表場所
      群馬
    • 年月日
      2011-11-20
  • [学会発表] 半月板の再生医療:三次元培養組織作成と繰り返し力学負荷応答2011

    • 著者名/発表者名
      中田研, 前達雄, 北圭介, 下村和範, 神田秀之, 松尾知彦, 金本隆司, 中村憲正, 吉川秀樹
    • 学会等名
      日本整形外科学会基礎学術集会
    • 発表場所
      群馬(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-20
  • [学会発表] 3次元モデルによる軟骨修復2011

    • 著者名/発表者名
      北圭介, 下村和範, 松尾知彦, 前達雄, 太田圭介, 金銅真世, 宮本諭, 吉川秀樹, 中田研
    • 学会等名
      第39回日本関節病学会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2011-11-13

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公開日: 2013-06-26  

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