基質小胞を介する新しい骨代謝制御機構の解明

阐明基质囊泡介导的新骨代谢控制机制

基本信息

批准号：
22K16755
负责人：
水上優哉
金额：
$ 3万
依托单位：
Kindai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K16755/
关键词：
骨代謝基質小胞細胞外小胞骨再生石灰化

项目摘要

骨芽細胞が産生する基質小胞は、石灰化過程で重要な役割を担う細胞外小胞の一つである。近年、骨組織においてエクソソームをはじめとする細胞外小胞を介した細胞間情報伝達による骨代謝制御機構が報告されている。基質小胞も細胞間情報伝達を介した石灰化とは異なる生理作用の存在が示唆されるが、不明な点が多い。そこで本研究では、骨芽細胞が分泌する基質小胞の骨・軟骨再生過程、骨代謝調節、異所性石灰化における作用を明らかにすることを目指す。2022年度は、骨芽細胞由来の基質小胞をマウス大腿骨欠損部に局所投与することで、基質小胞の骨修復・再生に対する影響を検討した。石灰化誘導したマウス新生児頭蓋骨由来骨芽細胞培養プレートから、コラゲナーゼ処理により細胞外基質中の基質小胞を分散させたのち、段階遠心法により基質小胞を回収した。カチオン性ゼラチンハイドロゲルに基質小胞を浸潤し、マウス大腿骨欠損部に移植した結果、対照群と比較して新生骨の形成が有意に促進された。骨修復部の組織学的評価では、基質小胞の投与により軟骨形成とALP陽性骨芽細胞数が増加したことから、軟骨・骨芽細胞性の骨形成を促進することが示唆された。また、基質小胞の局所投与では骨欠損部周囲の骨膜領域にOsterix、PDGFRα、SDF-1陽性細胞の著明な集積が観察された。一方、培養細胞を用いた検討では、基質小胞は骨芽細胞分化を抑制し、骨芽細胞のALP活性および石灰化に影響を及ぼさなかった。以上の実験結果から、マウス骨修復部において、骨芽細胞由来基質小胞が骨・軟骨形成が活性化し、骨修復を促進することをはじめて明らかとした。

成骨细胞产生的基质囊泡是在矿化过程中发挥重要作用的细胞外囊泡之一。近年来，报道了一种通过骨组织中的外泌体等细胞外囊泡进行细胞间通讯来控制骨代谢的机制。有人提出，基质囊泡还通过细胞间通讯具有与钙化不同的生理作用，但许多观点仍不清楚。在本研究中，我们旨在阐明成骨细胞分泌的基质囊泡对骨和软骨再生过程、骨代谢调节和异位钙化的影响。在2022财年，我们通过将源自成骨细胞的基质囊泡局部施用到小鼠股骨缺损区域，研究了基质囊泡对骨修复和再生的影响。通过胶原酶处理，从钙化的新生小鼠颅骨来源的成骨细胞培养板中分散细胞外基质中的基质囊泡，然后通过逐步离心回收。当阳离子明胶水凝胶浸润基质囊泡并植入小鼠股骨骨缺损时，与对照组相比，新骨形成显着促进。骨修复区域的组织学评估表明，给予基质囊泡增加了软骨形成和ALP阳性成骨细胞的数量，这表明给予基质囊泡促进了软骨和成骨细胞的骨形成。此外，局部施用基质囊泡后，在骨缺损周围的骨膜区域观察到 Osterix、PDGFRα 和 SDF-1 阳性细胞的显着积累。另一方面，在使用培养细胞的研究中，基质囊泡抑制成骨细胞分化，并且对成骨细胞的 ALP 活性或矿化没有影响。从上述实验结果来看，我们首次揭示了成骨细胞来源的基质囊泡激活骨和软骨形成并促进小鼠骨修复区域的骨修复。