歯胚発生プログラムの解明・応用に基づく歯の再生技術の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26253088
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 窪木 拓男 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授 (00225195)
• 研究分担者: 大島 正充 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (00548307) ; 辻 孝 独立行政法人理化学研究所, 多細胞システム形成研究センター, チームリーダー (50339131) ; 大野 充昭 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (60613156) ; 淺原 弘嗣 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (70294460) ; 秋山 謙太郎 岡山大学, 大学病院, 講師 (70423291)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 歯科補綴学一般 / 歯 / 幹細胞 / 再生

研究実績の概要

本研究課題は「歯の再生治療」の開発に向けた技術開発として，未分化な歯原性上皮細胞や間葉細胞を得るために，(1)歯原性組織幹細胞のReprograming方法，(2)ES細胞やiPS細胞のような多能性幹細胞を歯原性上皮細胞や間葉細胞に分化させる方法，(3)再生歯の発生期間の短縮化のための乳歯と永久歯の発生・成熟期間の差を生物学的に解析するものである．
平成26年度の研究実施項目に従って進捗し、下記の研究成果を得た．
研究項目(1)；cDNAマイクロアレイ，Laser micro-dissection法による包括的および限局的な歯胚発生関連遺伝子を抽出するために，マウス帽状期前後の歯胚を摘出する手技を確立した．
研究項目(2)；研究項目(1)の歯胚発生遺伝子の同定に伴って，direct reprogramming/differentiationを可能とする候補遺伝子を抽出中である．
研究項目(3)；本研究項目は平成27年度以降の実施事項であるが，計画を先行して開始している．乳歯・永久歯歯胚を胎齢イヌから取得し，cDNAマイクロアレイの実施・歯の発生・成熟に関わる候補遺伝子の抽出を行った．胎齢55日ビーグル犬から摘出した上顎顎骨内に存在する乳歯・永久歯歯胚（第1乳臼歯，第3乳臼歯，第1臼歯，第2臼歯）を解析対象とし，cDNAマイクロアレイ解析を行った。Total 43,603個の遺伝子群の中から，発現比が有意に高い遺伝子（未解明遺伝子を含む）を抽出し，乳歯に高発現している遺伝子201個，永久歯に高発現する遺伝子84個を見出した．本解析により，これまで知られていなかった乳歯・永久歯間における発現遺伝子の差異が明らかとなり，今後，歯の発生・成熟期間の生物学的な相違を解析することが可能となった．

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

歯胚発生を制御する候補遺伝子の同定に関する内容(研究項目1, 2）は、研究計画よりもやや遅れが生じている．これは，帽状期前後の歯胚採取の技術確立やLaser micro-dissection法の構築に時間が掛かっているためである．しかしながら，平成27年度以降に実施予定である研究項目(3)において計画を先行して開始しており，研究プロジェクト全体としての進捗に関しては，大きな問題はない．

今後の研究の推進方策

平成27年度の研究実施項目に従い、下記のように進めていく．
研究項目(1)；マウス帽状期前後の歯胚を用いて，①歯胚発生過程における発現遺伝子の変動をcDNAマイクロアレイにて抽出する．次に，②歯胚再構成技術を利用して歯胚再構成の前後で発現変動する遺伝子を抽出し，実験内容①との共通性を比較・抽出，さらには③マウス遺伝子発現データベース“EMBRYS”を用いて発見した歯胚発生に関わる新規転写因子および，申請者がこれまで実施してきた幹細胞の未分化維持に関わるmiRNAの発現解析の結果と照らし合わせ，歯胚発生に関わっているであろう転写因子ならびにmiRNAの抽出を行う．
研究項目(2)；項目(1)の歯胚発生遺伝子の同定に並行して，歯胚へのdirect reprogramming/differentiationを可能とする候補遺伝子を抽出・解析を行う．
研究項目(3)；平成26年度に得られた乳歯・永久歯間に差のある発現遺伝子の機能解析を進める．候補遺伝子の歯胚細胞への導入により，歯胚発生速度の変動や形態形成の変化の有無を解析していく．

研究成果

• [雑誌論文] A short-term treatment with tumor necrosis factor-alpha enhances stem cell phenotype of human dental pulp cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueda M, Fujisawa T, Ono M, Hara ES, Pham HT, Nakajima R, Sonoyama W, Kuboki T.
  • 雑誌名: Stem Cell Research & Therapy 巻: 5(1) ページ: 1-10
  • DOI: doi: 10.1186/scrt420
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional tooth restoration by next-generation bio-hybrid implant as a bio-hybrid artificial organ replacement therapy. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masamitsu Oshima, Kaoru Inoue, Kei Nakajima, Tetsuhiko Tachikawa, Hiromichi Yamazaki, Tomohide Isobe, Ayaka Sugawara, Miho Ogawa, Chie Tanaka, Masahiro Saito, Shohei Kasugai, Teruko Takano-Yamamoto, Takashi Inoue, Katsunari Tezuka, Takuo Kuboki, Akira Yamaguchi, Takashi Tsuji,
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4: 6044 ページ: 1-11
  • DOI: doi:10.1038/srep06044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mesenchymal stem/progenitor cell isolation from tooth extraction sockets. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakajima R, Ono M, Hara ES, Oida Y, Shinkawa S, Pham HT, Akiyama K, Sonoyama W, Maekawa K, Kuboki T.
  • 雑誌名: Journal of Dental Research 巻: 93(11) ページ: 1133-1140
  • 査読あり
• [雑誌論文] The BMP2 antagonist inhibitor L51P enhances the osteogenic potential of BMP2 by simultaneous and delayed synergism. (2014)
  • 著者名/発表者名: Khattab HM, Ono M, Sonoyama W, Oida Y, Shinkawa S, Yoshioka Y, Maekawa K, Tabata Y, Sugama K, Sebald W, Kuboki T.
  • 雑誌名: Bone 巻: 69 ページ: 165-173
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regeneration of calvarial defects with Escherichia coli-derived rhBMP-2 adsorbed in PLGA membrane. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ono M, Sonoyama W, Nema K, Hara ES, Oida Y, Pham HT, Yamamoto K, Hirota K, Sugama K, Sebald W, Kuboki T.
  • 雑誌名: Cells Tissues Organs 巻: 198(5) ページ: 367-376
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient bone formation in swine socket-lift model using E. coli-derived rhBMP-2 adsorbed in β-TCP. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ono M, Sonoyama W, Yamamoto K, Oida Y, Akiyama K, Shinkawa S, Nakajima R, Pham HT, Hara ES, Kuboki T.
  • 雑誌名: Cells Tissues Organs 巻: 199(4) ページ: 249-255
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional tooth regenerative therapy: tooth tissue regeneration and whole-tooth replacement. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masamitsu Oshima, Takashi Tsuji.
  • 雑誌名: Odontology 巻: 102 ページ: 123-136
  • DOI: DOI 10.1007/s10266-014-0168-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Whole tooth regeneration using a bioengineered tooth. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masamitsu Oshima, Takashi Tsuji
  • 雑誌名: New Trends in Tissue Engineering and Regenerative Medicine - Official Book of the Japanese Society for Regenerative Medicine 巻: 1 ページ: 1-5
  • DOI: 10.5772/58908
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The junctional epithelium originates from the odontogenic epithelium of an erupted tooth. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yajima-Himuro S, Oshima M, Yamamoto G, Ogawa M, Furuya M, Tanaka J, Nishii K, Mishima K, Tachikawa T, Tsuji T, Yamamoto M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 1-7
  • DOI: doi:10.1038/srep04867
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Functional tooth regenerative therapy: tooth tissue regeneration and whole-tooth replacement. (2014)
  • 著者名/発表者名: Oshima M
  • 学会等名: International Scientific Conference the 35th Foundation and Development Anniversary of Haiphong University of Medicine and Pharmacy.
  • 発表場所: Haiphong, Vietnam
  • 年月日: 2014-11-14 – 2014-11-15
  • 招待講演
• [学会発表] miR-720 regulates the stem cell phenotype and differentiation of human dental pulp-derived mesenchymal stromal cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hara ES, Ono M, Eguchi T, Pham HT, Tajima S, Calderwood SK, Matsumoto T, Kuboki T.
  • 学会等名: 25th 2014 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science. (From Micro & Nano Scale Systems to Robotics & Mechatronics Systems)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-12
• [学会発表] Biological Regenerative Medicine in Prosthodontic Practice - to attain Reliable and Sophisticated dental Implant therapy. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kuboki T
  • 学会等名: The Present and Future of Dental Implant.
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-10-30 – 2014-10-31
  • 招待講演
• [学会発表] 骨バイオサイエンスと幹細胞科学の融合 (2014)
  • 著者名/発表者名: 窪木拓男
  • 学会等名: 第5回骨バイオサイエンス研究会
  • 発表場所: 岡山，日本
  • 年月日: 2014-06-28 – 2014-06-28
  • 招待講演
• [図書] 高齢者におけるインプラント治療を考える. (2014)
  • 著者名/発表者名: 窪木拓男，大野 彩，園山 亘，荒川 光.
  • 総ページ数: 175(8-14)
  • 出版者: 日本歯科評論, 株式会社ヒョーロン・パブリッシャーズ
• [図書] Ⅲ.咬合・歯周組織の正常像と咬合・咀嚼障害. (2014)
  • 著者名/発表者名: 窪木拓男，前川賢治
  • 総ページ数: 376(18-26)
  • 出版者: クラウンブリッジ補綴学第5版, 医歯薬出版株式会社
• [備考] 岡山大学大学院医歯薬学総合研究科インプラント再生補綴学分野ホームページ
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/user/implant/index.html