間葉系幹細胞の骨芽細胞分化におけるメカノセンサー、メカノトランスダクションの解明

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 23K09436
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 赤澤 友基 徳島大学, 病院, 助教 (10646152)
• 研究分担者: 吉村 善隆 北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (30230816) ; 長谷川 智一 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 講師 (50274668)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• キーワード: 間葉系幹細胞 / メカノセンサー / メカノトランスダクション

研究実績の概要

細胞の分化に細胞外環境が重要であることはよく知られている。伸展力や圧迫力などの機械的刺激が骨芽細胞分化に影響を及ぼすことは多数報告されている。しかし、どの報告の力も生体内に換算すると大きな力で、わずかな力による報告は少ない。研究代表者らは間葉系幹細胞株UEF7-13に微小な圧迫力をかけることで、骨芽細胞に分化することを確認した。これは分化誘導因子を添加することなく石灰化を認めたことから、機械的刺激のみで成熟した骨芽細胞への誘導が可能なことを示唆している。本研究では、間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化に関与するメカノセンサーの同定とその下流のメカノトランスダクションの解明、およびその臨床応用を目的とする。
本年度の研究計画では、まず、間葉系幹細胞を分化させる至適圧迫力を探索することから開始した。予備実験で用いた圧迫力は0.005MPaであったが、圧迫力を0.0001MPa、0.0005MPa、0.001MPa、0.005MPa、0.01MPa、0.04MPaの幅で実験をする予定であった。しかし、0.0001MPa、0.0005MPa、0.001MPaのかなり微弱な圧迫力下で細胞を培養すると、細胞が死んでいく現象が続いた。培養液を頻回交換するなど検討を試みたが、圧迫力が弱いため、培養機内の空気交換が上手くできておらず細胞が酸欠状態に陥った可能性が考えられた。そこで、現在は培養機内の空気交換回数を上げるように設定しなおし、培養を継続している。現在のところ、細胞は死ぬことなく培養ができている。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

本年度は、今回の研究における至適圧迫力の探索を行う予定であったが、機器の設定方法の修正に時間がかかった。今回の実験ではさまざまな圧迫力を１回で行うことができず、また１回の実験期間が４週間と長いため、実験の成否の判別に時間がかかる。
また、年度の後半に、実験室の停電により－80℃冷凍庫内の物が解凍するという事態が生じ、庫内の全ての試薬や保存していた細胞の状態確認を行う必要があった。
上記の理由から、研究を予定通り進めることができず、進捗状況はかなり遅れていると評価した。

今後の研究の推進方策

現在、培養機内の空気交換回数を増やし、庫内のO2・CO2濃度の調整を行いながら、培養をしている。現在までのところ、細胞は順調に分化していることから、この条件を継続するとともに、もう少し微弱な圧での培養も検討している。今後、現在の培養機で培養可能な最弱圧を決定し、その圧での細胞分化について検討する。また、DNA chip / microarrayを使用して候補遺伝子を決めていく予定である。変化のある候補遺伝子の中から細胞骨格、膜蛋白質、細胞外基質に的を絞り、その分子機能の阻害剤、agonisit、中和抗体等を使用して骨芽細胞への分化に影響があるかどうかを検討していく。さらに予想される遺伝子のsiRNAなどで機能のknock-down等で確認を行う予定である。同定されたメカノセンサー（機械受容体）からの細胞内シグナルの検討を行う。これには阻害剤やagonistを使用して細胞内シグナル経路の予想を行いながら検討する予定である。最終的にはwestern blottingにより確認する予定である。

次年度使用額が生じた理由

機器の調整や細胞の不具合などで予定していた研究が進まず、購入予定だった試薬や抗体などを購入できなかったため次年度使用額が生じた。
翌年度分の研究費と合わせて試薬や抗体、キットなどを購入する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Iroquois homeobox 3 regulates odontoblast proliferation and differentiation mediated by Wnt5a expression (2023)
  • 著者名/発表者名: Narwidina Anrizandy,Miyazaki Aya,Iwata Kokoro,Kurogoushi Rika,Sugimoto Asuna,Kudo Yasusei,Kawarabayashi Keita,Yamakawa Yoshihito,Akazawa Yuki,Kitamura Takamasa,Nakagawa Hiroshi,Yamaguchi-Ueda Kimiko,Hasegawa Tomokazu,Yoshizaki Keigo,Fukumoto Satoshi,Yamamoto Akihito,Ishimaru Naozumi,Iwasaki Tomonori,Iwamoto Tsutomu
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 650 ページ: 47～54
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.02.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 多数の永久歯に短根を認めた１例 (2023)
  • 著者名/発表者名: 赤澤友基，長谷川智一，岩﨑智憲
  • 学会等名: 日本小児科学会