ティッシュエンジニアリングを用いたバイオ人工関節の開発

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16591490
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 内尾 祐司 島根大学, 医学部, 教授 (20223547)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 馬庭 壯吉 島根大学, 医学部, 助教授 (50239141) ; 高尾 昌人 島根大学, 医学部, 助教授 (30263536) ; 岩佐 潤二 島根大学, 医学部, 講師 (20294382)
• Keywords: 再生医学 / 軟骨 / 骨 / MC3T3-E1 / 表面形状

Research Abstract

前年度に引き続いて、兎の骨髄細胞やマウスES細胞を骨細胞および軟骨細胞に分化誘導する方法を検索した。ウサギ骨髄細胞・滑膜細胞・筋細胞を採取して、単層培養を行い、継代培養したあと、血清無添加でtransforming growth factorβ3,FGFや各種サイトカインを添付した培地で単層培養をおこない軟骨細胞へ分化させた。一方、骨細胞への分化誘導はDexamethazoneを添加した培養条件で行なった。従来の研究報告によればType I, IX, X collagenなどの発現が確実に検出できるはずであったが、本研究では結果が安定せず、ほとんどの場合はtype Iのみの確認しか出来なかった。とくに滑膜細胞と筋細胞の群ではtype I以外の発現はほとんど確認できなかった。従来技術の応用のみでは実用化は難しいと判断した。また、ES細胞は分化の制御ができないことが形態的にも困難であり、臨床応用につながる技術としては課題が多いことが確認された。
そこで、実験の効率を高めるために、細胞の違いよりもスカフォールドの検討を優先することにした。具体的には骨板を作製し、その表面加工を様々に調整することによる細胞の分化を観察した。10-30μmの深さを持つ溝を作製し、その上でのMC3T3-E1細胞の遊走と形態を観察したところ、溝方向には細胞の遊走が促進され、溝と直交する方向へは分化が促進される傾向が明らかになった。この現象はバイオ人工関節と骨組織との境界形成を制御するために利用できると考えている。
In vivo実験としては、ウサギの膝に円柱状の生物学的スカフォールドを埋植して骨・軟骨の再生を観察した。軟骨再生までは誘導できなかったが、骨再生は確認できた。今後は観察期間を延長したり周囲組織との境界面などを観察してバイオ人工関節の実用化を目指したい。