Development of micro/nano-patterns to create periodontal ligament sheets with three-dimensionally structures by guiding stem cells

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K10006
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Yoshida Yasuhiro 北海道大学, 歯学研究院, 教授 (90281162)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤坂 司 北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (00360917) ; 玉井 美保 沖縄科学技術大学院大学, 免疫シグナルユニット, スタッフサイエンティスト (20619704) ; 鈴木 伸吾 北海道大学, 歯学研究院, 技術職員 (70847839)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: マイクロナノパターン / 幹細胞 / ES細胞 / 乳歯歯髄幹細胞 / 歯根膜再生 / 象牙質再生

Outline of Final Research Achievements

Embryonic stem cells (ES cell) and deciduous dental pulp stem cells (SHED) were focused on as stem cells and their behaviors on various micro/nano-patterns were investigated. Mouse ES cells were cultured on micropatterns and immunostained for differentiation markers in the three germ layers. In most patterns, the order was ectoderm > endoderm > mesoderm, but　the proportion of differentiation into endoderm was slightly increased in some of the patterns below 2μm. Cell behaviors on the SHED micropatterns were then investigated. There was no difference in the number of adherent cells in cell adhesion assay, but in cell proliferation and calcification, promotion was observed in specific patterns. These results suggest that the behaviors of stem cells may be controlled by the design of patterns.

Free Research Field

歯科理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義としては、研究成果であるパターンによる幹細胞の挙動制御は、将来的には歯根膜や象牙質を含む歯牙および歯周組織再生に繋がる。また細胞挙動の形状による制御の法則を導くことができるためバイオマテリアルの学問領域を広げることとなる。
本研究の社会的意義としては、重度の歯周病やインプラント周囲炎での歯の脱落の治療に繋がることが考えられる。現在、国民のQOLを大きく低下させるこれらの疾患は、早急に解決すべき課題であるとともに、解決が難しい課題でもある。一つの解決法としては正常な歯根膜の再生があり、特にパターン基材で再生ができれば、比較的安価な治療法となる可能性がある。