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生体内の様々な部位で生じる正常・異所性石灰化の形成機構・形成制御について統一的に検討する系を構築することができれば、広く生体内石灰化機構の解明とその制御に大いに資する。本研究では、細胞培養系で生じる石灰化を生体内で生じる様々な石灰化組織の再現系として捉え、各種生体内石灰化現象を生体外にて解析するための方法論の提案を目指す。
今年度は作成した石灰化シミュレーターを用いて、ヒト間葉系幹細胞の石灰化形成過程の解析を行った。ヒト間葉系幹細胞は個人差が大きいことから3人のドナーの細胞を実験に用いた。まず、ヒト間葉系幹細胞を培養条件下で石灰化させ、それぞれの細胞の石灰化過程の画像を取得した。得られた画像から骨芽細胞数と石灰化領域を算出し、経時的な細胞数と石灰化領域の変化をそれぞれのドナー細胞に対して得た。これらの数値データおよび画像データを再現可能なパラメーターの値を石灰化シミュレーターによって解析した。3ドナー全てに共通するパラメーターとして、ヒト間葉系幹細胞は細胞間相互作用が大きく、さらに骨芽細胞への分化も早期に生じていることが明らかとなった。特に細胞分化は幹細胞からの分化が生じやすいことが原因であると考えられた。また、分化した骨芽細胞からの石灰化形成は抑制されており、特に石灰化拡大のパラメーターは極度に抑制されていた。
さらに、作成した石灰化シミュレーターを改変し、癌細胞の正常細胞への浸潤の過程を解析するためのシミュレーターも作成した。
研究期間全体では、間葉系幹細胞の骨芽細胞分化・石灰化形成過程をモデルとした石灰化シミュレーターをセルオートマトンのシステムで新規に開発を行った。作成した石灰化シミュレーターによってラット間葉系幹細胞、ヒト間葉系幹細胞、ヒト骨肉腫細胞による石灰化過程の解析を実際に行い、それぞれの石灰化現象を統一的に解析するプラットフォームの構築に成功した。
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