東京医科歯科大学 整形外科

東京医科歯科大学整形外科7

応用再生医学

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 実現化された再生医療のなかで、軟骨再生は世界的に最も盛んな分野となっています。しかし軟骨再生医療の対象疾患は、外傷性の軟骨欠損に限られているのが現状です。日本に2500万人いる変形性膝関節症にまで応用できないと、軟骨再生医療は普及しないでしょう。
私たちは2008年に自己滑膜幹細胞を関節鏡視下で移植する低侵襲軟骨再生医療を開始しました。変形性膝関節症の半数は半月板が原因と考えられますが、2014年に滑膜幹細胞による半月板治療の臨床研究を開始しました。本学運動器外科のすぐれた手術手技と、増殖・軟骨分化能が優れた滑膜幹細胞移植を組み合わせることにより、いくつかのカテゴリーの変形性膝関節症は再生が可能と考えています。低侵襲かつ低コストで実施できる変形性膝関節症の再生医療を普及させることが私たちの目標です。

メンバー

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関矢 一郎 Ichiro Sekiya

大学院 応用再生医学分野 教授
再生医療研究センター センター長(兼任)
専門 :膝関節外科、スポーツ整形外科

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片野 尚子 Hisako Katano

東京医科歯科大学再生医療研究センター
応用再生医学分野 助教

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堀江 雅史 Masafumi Horie

大学院 応用再生医学分野 助教
専門 :膝関節外科、スポーツ整形外科

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小田邉 浩二 Kouji Otabe

大学院 応用再生医学分野 助教
専門 :膝関節外科、スポーツ整形外科

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大関 信武 Nobutake Ozeki

東京医科歯科大学再生医療研究センター プロジェクト助教

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水野 満 Mitsuru Mizuno

東京医科歯科大学再生医療研究センター プロジェクト助教

再生 小森啓一郎先生
小森 啓一郎 Keiichiro Komori

東京医科歯科大学再生医療研究センター プロジェクト助教

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中川 裕介 Yusuke Nakagawa

東京医科歯科大学再生医療研究センター 非常勤講師

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片桐 健太 Kenta Katagiri

大学院生

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河野 佑二 Yuji Kohno

大学院生

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渡部 直人 Naoto Watanabe

大学院生

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串田 淑久 Yoshihisa Kushida

大学院生

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遠田 泰平 Taihei Toda

大学院生

研究内容

1. 関節液中の間葉系幹細胞

正常の膝関節液中にはほとんど間葉系幹細胞が存在しません。前十字靭帯、半月板、関節軟骨を損傷すると、関節液中の間葉系幹細胞が増加します。関節液中の間葉系幹細胞は滑膜由来間葉系幹細胞に類似します。関節内組織が損傷すると、滑膜から間葉系幹細胞が関節液中に動員され、損傷部に接着し、自然修復に貢献する機序の存在が予測されます。

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参考
Synovial fluid-derived mesenchymal stem cells increase after intraarticular ligament injury in humans.
Morito T, Muneta T, Hara K, Ju YJ, Mochizuki T, Makino H, Umezawa A, Sekiya I.
Rheumatology 2008
Human mesenchymal stem cells in synovial fluid increase in the knee with degenerated cartilage and osteoarthritis.
Sekiya I, Ojima M, Suzuki S, Yamaga M, Horie M, Koga H, Tsuji K, Miyaguchi K, Ogishima S, Tanaka H, Muneta T.
J Orthop Res. 2012
Mesenchymal stem cells in synovial fluid increase after meniscus injury.
Matsukura Y, Muneta T, Tsuji K, Koga H, Sekiya I.
Clin Orthop Relat Res. 2014

2. 間葉系幹細胞の増殖

特定のドナーから各種の間葉系組織を採取し、有核細胞を種々の細胞密度で播種し、14日間培養して、クリスタル・バイオレットで染色すると、コロニー形成率は組織により異なる。培養期間が同じであれば大きなコロニーを形成する培養条件が、その細胞群の最大増殖能を示すものとなる。コロニー同士が接触するとコロニーの大きさは小さくなるが、細胞密度が低いと1ディッシュ当たりの回収量が少なくなる。そのため私たちは、コロニー間の接触が明らかでなく、かつコロニー数が最多のものを至適細胞密度として、この密度で播種した細胞を回収し、解析を行なっている。

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参考
Use of differentiating adult stem cells (marrow stromal cells) to identify new downstream target genes for transcription factors.
Ylostalo J, Smith JR, Pochampally RR, Matz R, Sekiya I, Larson BL, Vuoristo JT, Prockop DJ.
Stem Cells. 2006
Mesenchymal stem cells derived from synovium, meniscus, anterior cruciate ligament, and articular chondrocytes share similar gene expression profiles.
Segawa Y, Muneta T, Makino H, Nimura A, Mochizuki T, Ju YJ, Ezura Y, Umezawa A, Sekiya I.
J Orthop Res. 2009
Morphological differences during in vitro chondrogenesis of bone marrow-, synovium-MSCs, and chondrocytes.
Ichinose S, Muneta T, Koga H, Segawa Y, Tagami M, Tsuji K, Sekiya I.
Lab Invest. 2010

3. 間葉系幹細胞の軟骨分化

間葉系幹細胞をチューブに入れ10分間遠心し軟骨分化培地を用いて3週間培養すると、軟骨に分化する。軟骨塊が増大するのは、主に軟骨基質が産生されるためであり、大きいものほど軟骨分化能が高い細胞集団といえる。同一ドナーから骨髄液、滑膜、骨膜、脂肪、筋肉を採取し、間葉系幹細胞を分離・増殖させ、同数の細胞を21日間軟骨分化させると、滑膜由来のものが大きい軟骨塊を形成し、軟骨分化能が高いことが示される。

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参考
Comparison of human stem cells derived from various mesenchymal tissues: Superiority of synovium as a cell source.
Sakaguchi Y, Sekiya I, Yagishita K, Muneta T.
Arthritis Rheum 2005.
Comparison of rat mesenchymal stem cells derived from bone marrow, synovium, periosteum, adipose tissue, and muscle.
Yoshimura H, Muneta T, Nimura A, Yokoyama A, Koga H, Sekiya I.
Cell Tissue Res. 2007
Comparison of mesenchymal tissues-derived stem cells for in vivo chondrogenesis; Suitable condition of cell therapy for rabbit cartilage defects
Koga H, Muneta T, Nagase T, Nimura A, Ju YJ, Mochizuki T, Sekiya I.
Cell Tissue Res. 2008

4. 滑膜幹細胞による低侵襲軟骨再生医療の開発

軟骨欠損部への滑膜間葉系幹細胞の移植に関して、細胞浮遊液を軟骨欠損部に静置すると、時間経過とともに接着細胞数は増加するが、10分間静置するだけでも約60%の細胞が接着する。この方法を用いることにより、ヒトでは関節鏡視下での細胞移植が可能となる。

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参考
Local adherent technique for transplanting mesenchymal stem cells as a potential treatment of cartilage defect
Koga H, Shimaya M, Muneta T, Nimura A, Morito T, Hayashi M, Suzuki S, Ju YJ, Mochizuki T, Sekiya I.
Arthritis Res Ther. 2008
Magnesium enhances adherence and cartilage formation of synovial mesenchymal stem cells through integrins.
Shimaya M, Muneta T, Ichinose S, Tsuji K, Sekiya I.
Osteoarthritis Cartilage. 2010Transplantation of aggregates of synovial mesenchymal stem cells regenerates meniscus more effectively in a rat massive meniscal defect.
Katagiri H, Muneta T, Tsuji K, Horie M, Koga H, Ozeki N, Kobayashi E, Sekiya I.
Biochem Biophys Res Commun. 2013

5.滑膜幹細胞による軟骨再生

ミニブタの両膝に軟骨欠損を作成し、片膝のみに滑膜幹細胞浮遊液を10分間静置した。移植しない側では軟骨欠損が拡大したが、移植した側では膜様組織が厚くなり、軟骨が再生された。

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参考
Synovial stem cells are regionally specified according to local microenvironments after implantation for cartilage regeneration.
Koga H, Muneta T, Ju YJ, Nagase T, Nimura A, Mochizuki T, Ichinose S,
von der Mark K, Sekiya I.
Stem Cells. 2007

Properties and usefulness of aggregates of synovial mesenchymal stem cells as a source for cartilage regeneration.
Suzuki S, Muneta T, Tsuji K, Ichinose S, Makino H, Umezawa A, Sekiya I.
Arthritis Res Ther. 2012

Arthroscopic, histological and MRI analyses of cartilage repair after a minimally invasive method of transplantation of allogeneic synovial mesenchymal stromal cells into cartilage defects in pigs.
Nakamura T, Sekiya I, Muneta T, Hatsushika D, Horie M, Tsuji K, Kawarasaki T, Watanabe A, Hishikawa S, Fujimoto Y, Tanaka H, Kobayashi E.
Cytotherapy. 2012

6.滑膜幹細胞による半月板再生

ミニブタの半月板を切除して、滑膜幹細胞を関節内に投与した。2週後には半月板欠損部を埋め尽くすように滑膜で覆われ、4週後には固くなり、18週後には半月板が再生された。

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参考
Intra-articular Injected synovial stem cells differentiate into meniscal cells directly and promote meniscal regeneration without mobilization to distant organs in rat massive meniscal defect.
Horie M, Sekiya I, Muneta T, Ichinose S, Matsumoto K, Saito H, Murakami T, Kobayashi E.
Stem Cells. 2009
Intraarticular Injection of Synovial Stem Cells Promotes Meniscal Regeneration in a Rabbit Massive Meniscal Defect Model.
Hatsushika D, Muneta T, Horie M, Koga H, Tsuji K, Sekiya I.
J Orthop Res. 2013
Repetitive allogeneic intraarticular injections of synovial mesenchymal stem cells promote meniscus regeneration in a porcine massive meniscus defect model.
Hatsushika D, Muneta T, Nakamura T, Horie M, Koga H, Nakagawa Y, Tsuji K, Hishikawa S, Kobayashi E, Sekiya I.
Osteoarthritis Cartilage. 2014

(最終更新:2017-08-11)
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