2015 Fiscal Year Research-status Report
糖尿病による骨／骨髄相互連関の幹細胞分化誘導障害における線溶系因子の役割の解明
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15K08195
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| Research Institution | Kinki University |
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Principal Investigator |
岡田 清孝 近畿大学, 医学部, 准教授 (20185432)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河尾 直之 近畿大学, 医学部, 講師 (70388510)
梶 博史 近畿大学, 医学部, 教授 (90346255)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 骨損傷 / 骨髄幹細胞 / SDF-1 / 線溶系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は、マウス骨損傷モデルにおける骨再生過程での骨髄幹細胞の挙動を解析し、骨と骨髄との相互連関による骨髄幹細胞の分化誘導機構の解明を行った。また、GFPマウスの骨髄細胞を移植したマウスを用いて骨髄幹細胞の分化誘導機構の解析とSDF-1/CXCR4系の関与について解析した。
1. 骨再生過程における骨と骨髄との相互連関による骨髄幹細胞の分化誘導機構の解析：マウスの右大腿骨に骨損傷を作製し、骨損傷モデルを作成した。骨損傷マウスから骨髄細胞および脾臓細胞を採取し、FACS解析により造血幹細胞（HSCs）と間葉系幹細胞（MSCs）の挙動を測定した。その結果、損傷２日目に骨損傷部で非損傷部（反対側）に比べHSCsが低下し、MSCsが増加した。脾臓ではこの骨損傷による幹細胞変化が認められなかった。
2. 骨髄細胞移植による骨軟骨再生過程の解析：GFPマウスの骨髄細胞を放射線照射したマウスに移植し、そのマウスに骨損傷モデルを作成した。F4/80陽性細胞（マクロファージ）とトラップ染色陽性細胞（破骨細胞）にGFP陽性細胞が確認された。しかし、オステリックスとアルカリフォスファターゼ陽性細胞（骨芽細胞系）にはGFP陽性細胞が認められなかった。
3. 骨髄幹細胞の分化誘導機構におけるSDF-1/CXCR4系の解析：SDF-1に対する抗体の損傷部位局所徐放投与マウスおよびCXCR4のアンタゴニストの腹腔内連続投与マウスの骨損傷モデルでの骨髄幹細胞の挙動をFACSで解析した。その結果、両薬剤投与マウスでは骨損傷によって誘導される骨髄幹細胞数変化は見られなかった。さらに、定量CT解析ではSDF-1抗体投与マウスが対照マウスに比べ、骨軟骨再生能の遅延が認められた。
以上の平成27年度の解析結果から、骨欠損により骨髄幹細胞変化が誘導されその誘導にSDF-1/CXCR4系が関与することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度は、マウス骨損傷モデルにおける骨再生過程での骨髄幹細胞の挙動を解析し、骨と骨髄との相互連関による骨髄幹細胞の分化誘導機構を解明する。さらに、GFPマウスの骨髄細胞を移植したマウスを用いて骨髄幹細胞の分化誘導機構の解析とSDF-1/CXCR4系の役割について解析することを計画した。
研究実績の概要のように、ほぼ計画通り進み、予測されうる結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度以降は、当初予定していた計画通りに進める。まず、線溶系因子遺伝子欠損（KO）マウスの糖尿病病態における骨損傷モデルを用いて、骨軟骨再生過程での骨髄幹細胞の分化誘導機構に対する線溶系因子の役割を解明する。さらに、線溶活性促進作用を有する新規合成ペプチドを用いて、骨軟骨再生促進を目指す新たな再生医療への可能性を模索する。
1. 糖尿病病態における骨軟骨再生過程の骨髄幹細胞の分化誘導に対する線溶系因子の解析：線溶系因子（PAI-1、Plg）のKOマウスとその対照（WT）マウスに対してストレプトゾトシン（STZ）投与により糖尿病病態を誘導し、そのマウスの骨損傷モデルを作成する。その骨損傷マウスの骨髄細胞についてFACS法により骨髄幹細胞の挙動を解析し、糖尿病による骨髄幹細胞の誘導異常を明らかにする。さらに、その異常に対する線溶系因子の関与をKOマウスの結果から解析する。また、骨損傷後のマウスの定量CT解析から骨軟骨再生能に対する糖尿病病態の影響を解析する。
2. 細胞培養系における骨髄幹細胞の骨分化誘導に対する線溶系因子の役割の解析：線溶系因子KOマウスの糖尿病病態の骨損傷後の骨髄細胞からFACS で幹細胞を分取し、破骨細胞または骨芽細胞への分化誘導培地で培養し、トラップ染色とアルカリフォスファターゼ染色によりそれぞれの分化誘導能を解析する。
3. 線溶活性調節による骨軟骨再生促進効果の解析：骨損傷マウスに徐放剤に取り込ませた線溶活性促進剤（新規合成ペプチド）または線溶阻害剤（トラネキサム酸）を骨損傷部位周囲に投与し、骨髄幹細胞の挙動をFACSで解析する。さらに、骨損傷部の骨軟骨再生過程を定量CT解析、組織切片のHE染色像やSDF-1/CXCR4の発現などで解析する。
これらの結果から、線溶活性促進作用を有する新規合成ペプチドによる骨軟骨再生促進を目指す新たな再生医療への可能性が展開できるであろう。
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