基質小胞を介する新しい骨代謝制御機構の解明

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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。