Functional collagen device for cartilage defect repair and regeneration

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K10965
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 名井 陽 大阪大学, 医学部附属病院, 准教授 (10263261)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡本 美奈 大阪大学, 医学部附属病院, 助教 (50457008) ; 吉川 秀樹 大阪大学, 医学系研究科, 理事・副学長 (60191558)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ウロコ由来Ⅰ型コラーゲン / 軟骨再生 / 高強度コラーゲン膜/コラーゲン多孔体複合デバイス

Outline of Annual Research Achievements

ウロコ由来Ⅰ型コラーゲンは、生体組織と同じ線維構造を再現できるという独自の特徴を持ち、従来のコラーゲン人工組織と比べ非常に強度に優れているという特徴がある。また、高い細胞分化促進効果、スポンジ状・シート状等、高い加工性も持ち合わせている。そのため、本研究では、従来の素材にはないバリア機能兼縫合可能強度を併せ持つ線維膜と細胞担持構造と生体親和性を持つ多孔質の複合材料を作成し、軟骨補填材料の開発または軟骨再生技術の確立を目指して研究を行っている。
具体的には前年度は、軟骨欠損補填材としての有効性をin vivoで検証するため以下の動物実験を進めた。
動物モデルとしてウサギの膝関節（patella groove）軟骨にφ4㎜の軟骨全層欠損モデルを作成し、スポンジ状の生体組織を移植し、生体親和性、有害事象の有無を確認した。実験は、①コントロール群（軟骨全層欠損を作成、無移植）、②実験群A：細胞なし（線維膜/多孔体コラーゲン積層化複合体のみ）の2群比較とした。③実験群B：細胞あり（線維膜/多孔体コラーゲン積層化複合体＋軟骨分化誘導間葉系幹細胞）は未実施である。
実験群Aでは、軟骨全層欠損部に幹細胞を担持させずに足場素材を移植し、移植後4週、8週で動物を安楽死させ、各群の軟骨欠損部の修復状況について組織学的評価を行った。その結果、初期の軟骨下骨の組織修復が不十分であり、軟骨再生に及ぼす影響が考察された。そのため、動物モデルの再検討・欠損サイズを変更して動物実験を継続する予定とした。また、高強度コラーゲン膜とコラーゲン多孔体とを積層化させた複合デバイスを作成した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

上記実験結果より動物モデルの変更を要し、動物モデルの評価・確立に時間を要したため、当初予定していた③実験群B：細胞あり（線維膜/多孔体コラーゲン積層化複合体＋軟骨分化誘導間葉系幹細胞）については未実施である。

Strategy for Future Research Activity

中動物を用いたin vivoでの研究を継続中である。今後は、動物モデルを確立した上で、③実験群B：細胞あり（線維膜/多孔体コラーゲン積層化複合体＋軟骨分化誘導間葉系幹細胞）との比較や、また、ウロコ由来Ⅰ型コラーゲンの高い加工性を活用し軟骨補填材料として最適な形状を確立することを目的とする。検討が進み次第研究実績の発表を行い、また実用化の可能性を検討するために大動物モデルでの移植試験および非臨床生物学的安全性試験など臨床応用に向けた試験を計画する予定である。

Causes of Carryover

当該年度は軟骨補填材としての有用性の検討を優先させ、再生医療スキャフォールドとしての検討とは分離して検討を行った。したがって、動物実験では実験群を減らして実施したため、次年度使用額が生じた。
次年度は、再生医療スキャフォールドとしての検討も追加し、さらに安全性の検討や研究発表を進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Three-Dimensional Corrective Osteotomy for Malunited Fractures of the Upper Extremity Using Patient-Matched Instruments: A Prospective, Multicenter, Open-Label, Single-Arm Trial. (2019)
  • Author(s): Oka K, Tanaka H, Okada K, Sahara W, Myoui A, Yamada T, Yamamoto M, Kurimoto S, Hirata H, Murase T.
  • Journal Title: J Bone Joint Surg Am Volume: 101 Pages: 710-721
  • Peer Reviewed