Presentation Information
[課題3]Plasticity of CAR Cells: Reacquisition of Lost Characteristics in a Bone Regeneration Microenvironment
*Shinnosuke Kuboki1, Mitsuaki Ono2, Ikue Tosa3, Kei Ishibashi1, Sayaka Watanabe1, Hana Nakamura1, Takuo Kuboki2 (1. Department of Oral Rehabilitation and Regenerative Medicine, Okayama University Graduate School of Medicine, Dentistry and Pharmaceutical Sciences, 2. Department of Oral Rehabilitation and Regenerative Medicine, Okayama University Graduate School of Medicine, Dentistry and Pharmaceutical Sciences , 3. Department of Oral Microbiology, Okayama University Graduate School of Medicine, Dentistry and Pharmaceutical Sciences)
【目的】
口腔インプラント治療における骨造成では，骨量の獲得に加えて，骨髄環境の成熟が，生理的な骨組織の提供による長期的な治療安定性に重要であると考えられている．骨髄ニッチを形成するCxcl12-Abundant Reticular （CAR）細胞は，血管周囲に存在し，骨代謝に関与する間葉系間質細胞としてもはたらく．このような間葉系間質細胞は，骨造成を目的とした再生医療において用いられるが，in vitro培養過程で本来の特性を喪失する可能性が指摘されている．しかし，CAR細胞の特性変化や，in vivoの骨再生環境下における可逆性については，十分に検証されていない．そこで本研究では，CAR細胞がin vitro培養により特性を喪失するか，またin vivo骨再生環境下でその特性を再獲得し得るかを検討した．
【方法】
Cxcl12-GFPマウス大腿骨骨髄細胞を回収し、in vitroで播種した．培養3日後に，培養皿に接着した細胞 (培養細胞)および，大腿骨非血球系細胞に対してsingle cell RNA-sequence (scRNA-seq)解析を行った．さらに，CAR細胞を含む骨・骨髄ニッチを異所性に構築することが可能なBone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2)誘導骨再生モデルを用いて検討した．具体的には，培養細胞をBMP-2/β-Tricalcium Phosphate (β-TCP)とともに野生型マウスの背部皮下へ移植した．移植4週後に再生骨よりGFP陽性細胞 (再生骨GFP陽性細胞)を単離し，大腿骨CAR細胞，GFP陽性培養細胞とともにbulk RNA-seq解析を行った．
【結果と考察】
scRNA-seq解析の結果，培養細胞には，Cxcl12やLeprを高発現するCAR細胞は認められず，多くの細胞がTimp1やActa2など線維化関連遺伝子を発現する細胞へと変化していた．bulk RNA-seq解析では，培養GFP陽性細胞の遺伝子発現プロファイルは大腿骨CAR細胞と大きく乖離していた一方，再生骨GFP陽性細胞は，大腿骨CAR細胞と類似した遺伝子発現パターンを示し，CAR細胞関連遺伝子の発現も回復していた．以上より，CAR細胞はin vitroで特性を喪失するが，適切なin vivoの骨再生環境下ではその特性を再獲得可能であることが示唆された．
口腔インプラント治療における骨造成では，骨量の獲得に加えて，骨髄環境の成熟が，生理的な骨組織の提供による長期的な治療安定性に重要であると考えられている．骨髄ニッチを形成するCxcl12-Abundant Reticular （CAR）細胞は，血管周囲に存在し，骨代謝に関与する間葉系間質細胞としてもはたらく．このような間葉系間質細胞は，骨造成を目的とした再生医療において用いられるが，in vitro培養過程で本来の特性を喪失する可能性が指摘されている．しかし，CAR細胞の特性変化や，in vivoの骨再生環境下における可逆性については，十分に検証されていない．そこで本研究では，CAR細胞がin vitro培養により特性を喪失するか，またin vivo骨再生環境下でその特性を再獲得し得るかを検討した．
【方法】
Cxcl12-GFPマウス大腿骨骨髄細胞を回収し、in vitroで播種した．培養3日後に，培養皿に接着した細胞 (培養細胞)および，大腿骨非血球系細胞に対してsingle cell RNA-sequence (scRNA-seq)解析を行った．さらに，CAR細胞を含む骨・骨髄ニッチを異所性に構築することが可能なBone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2)誘導骨再生モデルを用いて検討した．具体的には，培養細胞をBMP-2/β-Tricalcium Phosphate (β-TCP)とともに野生型マウスの背部皮下へ移植した．移植4週後に再生骨よりGFP陽性細胞 (再生骨GFP陽性細胞)を単離し，大腿骨CAR細胞，GFP陽性培養細胞とともにbulk RNA-seq解析を行った．
【結果と考察】
scRNA-seq解析の結果，培養細胞には，Cxcl12やLeprを高発現するCAR細胞は認められず，多くの細胞がTimp1やActa2など線維化関連遺伝子を発現する細胞へと変化していた．bulk RNA-seq解析では，培養GFP陽性細胞の遺伝子発現プロファイルは大腿骨CAR細胞と大きく乖離していた一方，再生骨GFP陽性細胞は，大腿骨CAR細胞と類似した遺伝子発現パターンを示し，CAR細胞関連遺伝子の発現も回復していた．以上より，CAR細胞はin vitroで特性を喪失するが，適切なin vivoの骨再生環境下ではその特性を再獲得可能であることが示唆された．
