骨形成細胞の石炭化におけるアルカリ性ホスファターゼの生理的役割の解明-異なる培養条件を用いて-

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ラット胎児頭蓋冠由来骨形成細胞をBGJ_b並びにαMEMを用い培養し、これら細胞のアルカリ性ホスファターゼ(ALP)活性を測定した。活性は、細胞が単層期(con fluence)では正常環境(対照)に比べ、低カルシウム濃度培養液(低Ca環境)で有意に高い値を示した。この活性は、細胞多層化期(multilayer)では両培養液の細胞共に対照では上昇したが、低Ca環境では変動せず、その結果として対照と低Ca環境下の細胞間で、有意な差は認められなくなった。活性は、その後では対照における活性はBGJ_bで上昇せず、αMEMで上昇を続けた。光学並びに電子顕微鏡に認められた石炭化部位は、BGJ_bの対照並びに両培養液の低Ca環境では認められず、αMEMの対照のみ認められた。αMEMの対照ではALP活性の上昇並びに細胞の多層化と共に結節を形成し、石炭化の開始が認められた。オステオカルシンはαMEMの対照のみに検出された。これらの結果は、多くの研究で行われているような培養液へのβ-glycerophosphateやdexamethasone等の添加をすることなしに得られた。以上の結果から、低Ca培養液において細胞のALP活性が亢進することは細胞の機能を考える上で興味深く、その一つとして環境の異常に対する細胞の反応が推測された。また、培養液の違いによる石炭化現象の有無は、BGJ_bとαMEMの組成の差異のためと推測され、その組成の差異を検討した。その中で、両培養液のグルコース濃度が大きく異なることに注目した(BGJ_b,10mg/ml;αMEM,1mg/ml)。グルコース濃度が1mg/mlである低グルコースBGJ_b(低G-BGJ_b)、10mg/mlである高グルコースαMEM(高G-αMEM)培養液を作製し、これらと正常の培養液を用い骨形成細胞を培養した。培養54日目には、ALP活性は、正常のBGJ_bで培養した骨形成細胞に対して、低G-BGJ_bでは有意に高い値を示した。一方、正常のαMEMで培養した骨形成細胞に対して、高G-αMENでは有意に低い値を示した。従って、培養液の高グルコース濃度によりALP活性の抑制が認められ、石炭化との関連性が示唆された。さらに、骨芽細胞様細胞株(MC3T3-E1細胞)で同条件で実験を行い、この点について検討したが、同様な結果が得られた。以上の結果から、高グルコース条件下で細胞を培養することは、骨形成細胞の機能低下をもたらしていると考えられる。しかし、培養液の浸透圧等の問題もあり、今後はグルコース以外の問題も考えて行く必要がある。