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学 位 の 種 類 博士(歯学)

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Academic year: 2021

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全文

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ふ り が な

氏 名

なかの こうすけ

中野 宏祐

学 位 の 種 類 博士(歯学)

学 位 記 番 号 甲 第 900 号 学 位 授 与 の 日 付 令和 3 年 3 月 5 日

学 位 授 与 の 要 件 学位規則第 4 条第 1 項に該当

学 位 論 文 題 目 Bone Regeneration Using Rat-Derived Dedifferentiated Fat Cells Combined with Activated Platelet-Rich Plasma (ラット由来脱分化脂肪細胞と活性化多血小板血漿を用いた骨 再生)

学 位 論 文 掲 載 誌 Materials 第 13 巻 第 22 号 令和 2 年 11 月

論 文 調 査 委 員 主 査 中嶋 正博 教授 副 査 井関 富雄 教授 副 査 橋本 典也 教授

論文内容要旨

欠損部の骨再生にはドナー細胞として骨髄由来間葉系幹細胞(BMSCs)が関与する研究が行われてき た。しかし、骨髄の採取時の侵襲の大きさや高齢者の場合は、その採取量の限界が指摘されてきた。そ こで、BMSCs に代わるドナー細胞として、より低侵襲で多数の細胞を採取できる脂肪由来脱分化脂肪

(DFAT)細胞に着目し、活性化多血小板血漿(aPRP)と組み合わせた細胞増殖率、骨芽細胞分化能、骨再生

能力を評価した。

F344

系ラット(雄

8

週齢)から脂肪組織を採取してラット

DFATs(rDFATs)を作製した。術後4

週後に同 ラットから採血を行い、aPRP を作製し,全血と

aPRP

との血球数を測定した。次に,aPRP 添加培地

(3%,5%,7%,10%:各質量%濃度)でrDFATs

を培養し、それぞれの細胞増殖率を測定した。さらに、

1)

増殖培地(DMEM+10%FBS,1%PS)、2) 骨芽細胞分化培地(対照群;ODM)、3) ODM+aPRP(実験群;

3%,5%,7%,10%:各質量%濃度)でrDFATs

を培養し、誘導開始後

3,7,21

日で

real time RT-PCR

に よる骨芽細胞マーカー(Runx2、オステオカルシン(OCN)、オステオポンチン(OPN))の遺伝子発現を検索 し、21 日後に

Alizarin red

染色で

Ca

産生能を評価した。動物実験(承認番号:20-04001 号)では腹腔内 麻酔下でラット頭蓋骨にトレフィンバーで直径

9mm

の臨界骨欠損モデルを作製し、1) no implant

2) GS 3) rDFATs+GS 4) rDFATs+aPRP+GS (各n = 4)

をそれぞれ移植した。4 週間後、ラットを安楽死 させ、頭蓋骨の検体を回収し、micro-CT および

Hematoxylin-eosin(H-E)染色によって評価した。

細胞増殖率は、3%aPRP 添加条件で増加したが、10%aPRP 添加条件では低下した。Alizarin red 染色

は誘導開始の

21

日後の実験群で陽性であったが、

Runx2

OCN

の発現レベルは対照群よりも

7%aPRP

添加条件が最も高く、OPN では

10% aPRP

添加条件が最も高かった。術後

4

週の

micro-CT

とラトッ

(2)

クシステムによる骨量および骨密度測定では

no implant

GS

のみでは骨形成はほぼ認められなかっ た。一方、骨形成を認めた

rDFATs

rDFATs+aPRP

を比較した場合、

rDFATs+aPRP

では、骨欠損はほ ぼ閉鎖され

(BV/TV

60.6%)

、骨体積密度が

2

群間で有意差を認めた。さらに

H-E

染色で成熟した骨組 織を認めた。

今回、

DFATs

を使用し、細胞増殖率と骨分化および骨形成能の評価をした。

aPRP

を添加すること

で増殖率は上昇し、骨芽細胞分化・骨再生を促進した。以上のことから、

DFATs

aPRP

を併用する ことにより有効な骨の再生が可能であることが示唆された。

論文審査結果要旨

本論文は、脱分化脂肪細胞と活性化多血小板血漿とを用いて、細胞増殖率と骨分化および骨形成能 を評価した論文である。

顎顔面領域における顎骨欠損は、先天性疾患、外傷、腫瘍の切除などによって生じ、これに対して、

従来は金属プレート、自家骨移植あるいは仮骨延長などによる再建が行われてきた。しかし、自家骨移 植では、採取時の侵襲の大きさや採取量の限界があり、細胞を用いた再生医療による安全で確実な骨 再生が期待されている。従来、再生医療のためのドナー細胞として骨髄由来間葉系幹細胞を用いた基 礎研究と臨床適用が行われてきたが、近年、脂肪組織中にも間葉系幹細胞が存在することが判明し、特 に成熟脂肪細胞由来の脱分化脂肪細胞(DFATs)は、骨や軟骨への分化能を有することが明らかとな り、再生医療における幹細胞の新たな供給源として注目されている。一方、多血小板血漿 (以下、

PRP)

は、採血により得られた全血を遠心分離で濃縮した物質で、創傷治癒促進作用を有し、形成外科領域や 皮膚科領域などの様々な分野で治療に応用されている。PRP は骨再生促進作用も有し、骨髄由来間葉 系幹細胞に

PRP

を併用することで、骨髄由来間葉系幹細胞の増殖率が促進されることが報告されてい る。しかし、DFATs と

PRP

とを併用した骨再生の報告は、渉猟しえた範囲では認められない。そこ で、今回申請者は、

DFATs

PRP

とを組み合わせた細胞増殖率、骨芽細胞分化能、骨再生能力を評価 した。

申請者は

F344

系ラット(雄

8

週齢)から脂肪組織を採取してラット

DFATs(rDFATs)と活性化多血小

板血漿(aPRP)を作製し、

aPRP

添加培地で

rDFATs

を培養して、その細胞増殖率を測定した。さらに、

1)

増殖培地(DMEM+10%FBS,1%PS)、2) 骨芽細胞分化培地(対照群;ODM)、3) ODM+aPRP 添加 培地で

rDFATsを培養し、real time RT-PCR

による骨芽細胞マーカー(

Runx2

、 オステオカルシン(

OCN)、

オステオポンチン(

OPN))の遺伝子発現を検索し、Alizarin red

染色で

Ca

産生能を評価した。動物実験

(承認番号:20-04001

号)では腹腔内麻酔下でラット頭蓋骨にトレフィンバーで直径

9mm

の臨界骨欠

損モデルを作製し、1) no implant

2) GS 3) rDFATs+GS 4) rDFATs+aPRP+GS (各n = 4)

をそれ ぞれ移植した。4 週間後、ラットを安楽死させ、頭蓋骨の検体を回収し、micro-CT および

H-E

染色で 評価した。その結果、細胞増殖率は、3%aPRP 添加条件で増加したが、10%aPRP 添加条件では低下 した。Alizarin red 染色はすべての実験群で陽性であったが、

Runx2

OCN

の発現レベルは対照群 よりも

7%aPRP

添加条件が高発現で、

OPN

では

10% aPRP

添加条件が高発現であった。術後

4

週の 骨 量 お よ び 骨 密 度 測 定 で は

no implant

GS

の み で は 骨 形 成 は ほ ぼ 認 め ら れ な か っ た が 、

rDFATs+aPRP

では、骨欠損はほぼ閉鎖され、骨体積密度が高値で、H-E 染色で成熟した骨組織を認

めた。以上の結果より、aPRP を添加することで増殖率は上昇し、骨芽細胞分化・骨再生が促進された

(3)

ことを示した。

以上、

DFATs

aPRP

を併用することにより有効な骨の再生が可能であることが示され、

DFATs

aPRP

の併用は有効な骨の再生が可能であることを明らかにした点において本論文は博士(歯学)の学

位を授与するに値すると判定した。

参照

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