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（白细胞、红细胞和血小板）的来源，以及维持它们的间充质干细胞存在于一个称为“干细胞生态位”的特殊微环境中。 ”。了解这种骨髓和干细胞生态位的形成机制将带来新的发展，例如药物筛选和开发造血系统疾病新治疗药物所必需的新再生治疗技术，但具体细节仍存在许多未知数。机制还剩很多。我们之前报道过软骨细胞膜纳米碎片是松质骨形成的起点，我们假设这些细胞膜纳米碎片也参与骨髓形成。在这项研究中，我们首先旨在利用生物和材料科学方法对早期骨髓形成过程进行系统分析。接下来，我们将重新审视骨髓的初始形成机制，并以细胞膜纳米碎片为材料，通过逆向工程方法在体外重现形成过程，以期获得更深入的了解。到目前为止，我们已经确定了早期骨髓阶段，还确定了一些侵入软骨组织的细胞群。另一方面，在骨髓早期，松质骨中磷灰石簇的形态比皮质骨中的磷灰石簇大约10倍，表明结构完全不同。接下来，他们利用逆向工程方法，将细胞膜纳米碎片化学键合到导电聚合物的表面，并通过改变电势来控制细胞膜纳米碎片的钙化。结构分析表明，根据氧化还原电位形成不同尺寸和形状的磷灰石簇。此外，在形成的磷灰石簇上培养间充质干细胞，并检查这些细胞的成骨分化潜力。结果表明，在大磷灰石簇中培养的间充质干细胞更容易分化为成骨细胞。

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）

Linkoping University(スウェーデン)

林雪平大学（瑞典）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

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：
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

Investigation of calcospherite growth and fusion at the early endochondral ossification area in femur epiphysis

股骨骨骺早期软骨内骨化区钙质球体生长和融合的研究