Cell fate determination of mesenchymal stem cells by extracellular mechanical stress

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H04414
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 岩本 勉 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 教授 (90346916)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 朗仁 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 教授 (50244083) ; 長谷川 智一 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 講師 (50274668)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 細胞外圧 / 間葉系幹細胞 / 骨芽細胞 / 象牙芽細胞 / 唾液腺

Outline of Annual Research Achievements

多能性を有する間葉系幹細胞は，中胚葉性組織に由来し，骨芽細胞，脂肪細胞，筋細胞，軟骨細胞等に分化できる細胞で，骨や血管，心筋の再構成を期待した再生医療への応用が開始されている。近年では，神経（外胚葉），肝細胞（内胚葉）などと胚葉を超えた分化能も報告され，体のあらゆる組織に存在することから再生医療における細胞ソースとして大きな期待がかかっている。しかしながら，細胞特性についてはまだ不明な点が多い。本研究では細胞外環境の一つである圧環境に着目し，細胞外圧が間葉系細胞の分化および維持に関わる分子制御機構を明らかにすることを目的とした。これまで，圧受容体として，ピエゾ型圧受容体（PIEZO1）が他の圧受容体と比較して，骨髄由来間葉系幹細胞に有意に発現し，骨芽細胞の分化に重要であることを見出して研究成果をまとめ報告したた。今年度の研究期間は主として，唾液腺の器官培養を独自に作成した加圧培養装置内で培養する条件を決め，加圧培養を行ったところ，その分化が促進することを見出した。また，脱落乳歯由来間葉系幹細胞におけるPIEZO1の発現解析をRT-PCR法，Real-time PCR法，Western blotting法，免疫組織学的検討を行い，その発現を見出した。また，象牙質再生モデルマウスの作成に取り掛かり，マウス第一臼歯に人為的に窩洞を形成し，直接覆髄，間接覆髄モデルの構築を行った。現在，同部にPIEZO1活性化剤を貼付し，修復象牙質の形成が2週間後，1ヶ月後，2ヶ月後に促進されるかどうかの検討をX線CT撮影および組織学的に評価を行っている途中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り唾液腺の器官培養を開始することができ，唾液腺における圧受容体PIEZO1の発現ならびに加圧に培養による影響を実施することができた。また，モデル動物の作成として，象牙質再生モデルマウスの作成に取り掛かることができた。マウス第一臼歯に人為的に窩洞を形成し，直接覆髄，間接覆髄モデルの構築を行っている。以上のことから当初予定した計画から概ね順調に実験を遂行できていると考えられるが，直接覆髄，間接覆髄の位置決めがやや困難を極めていることから，今後その主義の安定性が今後の進捗の鍵になると思われる。

Strategy for Future Research Activity

最終年度となる今年度はその成果として，脱落乳歯歯髄幹細胞によって得られた治験について今年度中に成果発表をする予定である。また，唾液腺の器官培養方法を安定かしてきたことから，唾液腺における加圧培養の成果についてもまとめていきたいと考えている。また，象牙質再生モデルマウスの作成は手技的には問題ないことは確認できているか，各個体ならびに手技によるばらつきがやや多い側面があり，評価として困難を極める可能性があり，手技を安定かさせる条件の統一が今後の課題である。最終年度にあたるためできる限り成果方法を行えるよう努めていきたい。

Research Products

• [Presentation] 象牙芽細胞におけるピエゾ型イオンチャネル1(PIEZO1)の発現とその役割 (2018)
  • Author(s): 杉本 明日菜, 宮嵜 彩, 河原林 啓太, 岩田 こころ, 黒厚子 璃佳, 赤澤 友基, 長谷川 智一, 上田(山口) 公子, 北村 尚正, 中川 弘, 岩本 勉
  • Organizer: 第37回日本小児歯科学会中四国地方会大会