Development of a novel strategy for bone regeneration with small molecule-mediated osteo-reprogramming and understanding of genomic mechanisms underlying the process

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1.　低分子オステオリプログラミング法の開発：ヒト線維芽細胞におけるオステオリプログラミング法の最適化を進めた。中胚葉形成を介した誘導に加えて、直接骨芽細胞へと分化を誘導する方法について検討を進めた結果、数種類の低分子化合物の組み合わせが有効であることが判明した。その中で、作用機序が不明な低分子化合物についてはその標的分子の同定を試みた。誘導される遺伝子発現プロファイルをマイクロアレイにて取得し、3次元構造予測に基づいた標的分子予測と統合的に解析した結果、数十種類のキナーゼが標的分子候補として絞り込まれた。キナーゼアッセイによる検証とルシフェラーゼレポータアッセイによって、当該化合物が骨形成性シグナル経路に関わるキナーゼの阻害剤であることを新たに見出した。2.　ゲノムワイドアプローチによる低分子オステオリプログラミング法のエピジェネティックメカニズムの解析：低分子オステオリプログラミング法開発後の速やかな計画実行のため、マウス初代骨芽細胞を用いて、オープンクロマチン領域を検索するためのATAC-seq法の実験条件を最適化し、データを取得した。これらのデータをポジティブコントロールとして比較解析に用いることで、エピジェネティクスの観点から、作製した骨芽細胞の品質評価とリプログラミングメカニズムの理解につながる。3.　低分子オステオリプログラミングと骨再生用担体による三次元骨組織の開発：基礎検討を一部開始した。多能性幹細胞の骨分化モデルを利用して、アテロコラーゲンスポンジの三次元骨組織作製における担体としての有効性を検証した。その結果、アテロコラーゲンスポンジ中にマウスES細胞を適切な密度で播種し、in vitroで骨分化を誘導することで、成熟した骨芽細胞と骨細胞を有する三次元骨組織様オルガノイドが構築できることを見出した。