カーボンナノチューブは骨リモデリングを制御するか？

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24659833
• 研究機関: 松本歯科大学
• 研究代表者: 高橋 直之 松本歯科大学, 総合歯科医学研究所, 教授 (90119222)
• 研究分担者: 川原 一郎 松本歯科大学, 歯学部, 准教授 (20319114) ; 中道 裕子 松本歯科大学, 総合歯科医学研究所, 講師 (20350829) ; 上原 俊介 松本歯科大学, 歯学部, 講師 (90434480)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 骨芽細胞 / 破骨細胞 / チタン

研究概要

カーボンナノチューブ（CNT）は優れた耐久性を持つため、骨と歯の代替材料としての利用が期待される。CNTの骨代謝作用を解析する過程で、我々は2つの新しい機能を見出した。(1)破骨細胞前駆細胞内に取り込まれたCNTは、破骨細胞分化に必須な転写因子NFATc1の核移行を選択的に抑制し、破骨細胞への分化を抑制した。(2)CNTはエピタキシー因子を集積することで、骨芽細胞の石灰化を促進した。本研究では「CNTは骨リモデリングの調節因子である」という新しい概念を確立することを目的に研究を行った。
1. エピタキシー因子のクローニングを試みたが、エピタキシー因子のクローニングは成功しなかった。しかし、CNTに特異的にCaイオンが蓄積することを見出した。それが起点となり骨芽細胞の分化・成熟化を促進することを見出した。一方、チタンがCNTと同様な機序で骨芽細胞の分化を促進し、osseointegrationを誘導することを認めた。
2. 培養した歯髄細胞は基質小胞性石灰化能極めて高いことを見出した。歯髄細胞からCNTと結合する因子をクローニングすることを試みたが。成功しなかった。
3. マクロファージの細胞抽出液からCNTに特異的に結合する転写因子を同定することはできなかった。しかし、破骨細胞が骨細胞のスクレロスチン発現を抑制する因子を分泌することが示された。スクレロスチンは骨形成抑制因子であるため、現在CNTがスクレロスチンを吸着するかを解析中である。
4. 骨誘導因子BMPとともにCNTをコラーゲンスポンジに入れてマウスの皮下に移植したところ、CNTはBMPが誘導する骨形成を著しく促進した。

研究成果

• [雑誌論文] Noncanonical Wnt5a enhances Wnt/β-catenin signaling during osteoblastogenesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Okamoto M, Udagawa N, Uehara S, Maeda K, Yamashita T, Nakamichi Y, Kato H, Saito N, Minami Y, Takahashi N, Kobayashi Y
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 4 ページ: 4493
  • DOI: 10.1038/srep04493
• [雑誌論文] IL-34 and CSF-1: similarities and differences. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamichi Y, Udagawa N, Takahashi N
  • 雑誌名: J Bone Miner Metab 巻: 31 ページ: 486-495
  • DOI: 10.1007/s00774-013-0476-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arctigenin inhibits osteoclast differentiation and function by suppressing both calcineurin-dependent and osteoblastic cell-dependent NFATc1 pathways. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamashita T, Uehara S, Udagawa N, Li F, Kadota S, Esumi H, Kobayashi Y, Takahashi N
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 9 ページ: e85878ーe85878
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0085878
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of cathelicidin-related antimicrobial peptide in murine osteoclastogenesis (2013)
  • 著者名/発表者名: Horibe K; Nakamichi Y; Uehara S; Nakamura M; Koide M; Kobayashi Y, Takahashi N, Udagawa N
  • 雑誌名: Immunology 巻: 140 ページ: 344-351
  • DOI: 10.1111/imm.12146
• [雑誌論文] Osteoprotegerin-deficient male mice as a model for severe alveolar bone loss : comparison with RANKL-overexpressing transgenic male mice (2013)
  • 著者名/発表者名: Koide M, Kobayashi Y, Ninomiya T, Nakamura M, Yasuda H, Arai Y, Okahashi N, Yoshinari N, Takahashi N, Udagawa N
  • 雑誌名: Endocrinology 巻: 154 ページ: 773-782
  • DOI: 10.1210/en.2012-1928
• [学会発表] TRAP marks as vestiges of polarized osteoclasts. 6th International symposium on the biology of tartrate resistant acid phosphatase.
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Takahashi
  • 学会等名: 6th International symposium on the biology of tartrate resistant acid phosphatase.
  • 発表場所: 神戸ポートピアホテル（兵庫県、神戸市）
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanism of anti-bone resorptive action of eldecalcitol.
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Takahashi
  • 学会等名: Advisory meeting of active vitamin D
  • 発表場所: 神戸ポートピアホテル（兵庫県、神戸市）
  • 招待講演
• [学会発表] 破骨細胞の分化と機能の調節機構
  • 著者名/発表者名: 高橋直之
  • 学会等名: 第86回日本整形外科学会学術総会
  • 発表場所: 広島グリーンアリーナ[広島県、広島市）
  • 招待講演
• [学会発表] 骨芽細胞と破骨細胞、そして力の関係
  • 著者名/発表者名: 高橋直之
  • 学会等名: Dentistry、Quo Vadis?
  • 発表場所: 星陵会館（東京都、千代田区）
  • 招待講演
• [備考] 松本歯科大学大学院ホームページ
  • URL: http://www.mdu.ac.jp/graduate/index.html