Reproduction and control of the initial steps of bone marrow formation by using cell membrane nanofragments

使用细胞膜纳米片段再现和控制骨髓形成的初始步骤

基本信息

批准号：
20H04534
负责人：
ハラエミリオ・サトシ
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

骨髄組織中には、すべての血液細胞（白血球、赤血球、血小板）のもとである造血幹細胞とそれを維持する間葉系幹細胞が「幹細胞ニッチ」と呼ばれる特別な微小環境にて存在している。この骨髄および幹細胞ニッチの形成メカニズムを理解することは、造血疾患の新規治療薬開発に必要なドラッグスクリーニングや新規再生治療技術の開発などの新たな展開に繋がるが、その詳細なメカニズムについて不明な点が多く残っている。我々は、これまで、軟骨細胞の膜ナノフラグメントが海綿骨形成の起点となることを報告し、そして、この細胞膜ナノフラグメントが骨髄形成にも関与していると考えた。本研究では、まず骨髄初期形成過程について、生物学的・材料科学的手法を用い、系統的な解析を行うことを目的とした。次に、リバースエンジニアリング的なアプローチにより細胞膜ナノフラグメントを材料として用い、その形成過程をin vitroにて再現することで、骨髄の初期形成メカニズムを再検討し、より深い理解を目指す。これまでに、骨髄初期ステージを同定し、また、軟骨組織に侵入する細胞集団も一部同定した。一方、骨髄初期では、海綿骨のアパタイトクラスターの形態が皮質骨のアパタイトクラスターと比較し、10倍程大きく、全く違う構造を示すことが分かった。次に、リバースエンジニアリング的なアプローチから、細胞膜ナノフラグメントを導電性ポリマーの表面に化学的に結合させ、電位変化により、細胞膜ナノフラグメントの石灰化を制御した。そして、構造解析を行った結果、酸化還元電位により、異なるサイズと形態のアパタイトクラスターが形成されることが明らかとなった。さらに、形成されたアパタイトクラスターの上に間葉系幹細胞を培養し、これらの細胞の骨分化能を検討した。その結果、大きいアパタイトクラスターで培養した間葉系幹細胞は、骨芽細胞にもっと分化していたことが明らかとなった。

在骨髓组织中，造血干细胞是所有血细胞的来源（白细胞，红细胞，血小板）和维持它们的间充质干细胞的来源。了解骨髓和干细胞壁ni的形成机制会导致新的发展，例如药物筛查以及开发用于开发新的造血疾病治疗药物所必需的新再生疗法技术，但许多未知数仍然涉及详细机制。我们先前报道说，软骨细胞的膜纳米碎片是取消骨形成的起源，我们认为该细胞膜纳米碎片也参与了骨髓形成。这项研究旨在首先使用生物学和材料科学技术对早期的骨髓形成过程进行系统分析。接下来，通过使用逆向工程方法使用细胞膜纳米碎片作为材料并在体外重现形成过程，我们将重新检查初始骨髓形成的机制，并旨在获得更深入的理解。到目前为止，已经确定了骨髓的早期阶段，并且还鉴定出了一些侵入软骨组织的细胞群体。另一方面，在骨髓的早期阶段，取消骨磷灰石簇的形态大约是皮质骨中磷灰石簇的形态，并且发现它表现出完全不同的结构。接下来，从逆向工程方法中，细胞膜纳米碎片化学结合到导电聚合物的表面，细胞膜纳米碎片的钙化受到潜在变化的控制。在结构分析之后，揭示了由于还原潜能而形成了不同大小和形态的磷灰石簇。此外，在形成的磷灰石簇上培养间充质干细胞，并检查了这些细胞的骨分化潜力。结果，据揭示了在大磷灰石簇中培养的间充质干细胞被更分化为成骨细胞。

项目成果

期刊论文数量（37）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Nanofragment distributions around the initial mineralization area in femur epiphysis大腿骨骨端部の初期鉱化域周辺のナノフラグメント分布

股骨骨骺初始矿化区域周围纳米碎片的分布

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sung P;Hara ES;Okada M;Matsumoto T
通讯作者：
Matsumoto T

初期骨髄形成過程における海綿骨微細構造の経時的評価

早期骨髓形成过程中松质骨微结构的时程评估

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hara ES，穴田理嵯，岡田正弘，松本卓也
通讯作者：
Hara ES，穴田理嵯，岡田正弘，松本卓也

Nanostructural analysis of distinct nucleation sites in pathological mineralization

病理矿化中不同成核位点的纳米结构分析

DOI：
10.1039/d1ma00273b
发表时间：
2021
期刊：
Materials Advances
影响因子：
5
作者：
Hara Emilio Satoshi;Oozawa Susumu;Nagaoka Noriyuki;Okada Masahiro;Kasahara Shingo;Matsumoto Takuya
通讯作者：
Matsumoto Takuya

石灰化機構の解明を目的としたリン脂質分子の反応における量子化学計算

磷脂分子反应中的量子化学计算阐明钙化机制