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骨欠損を2種類のmRNA投与で再生、動物モデルの顎骨治療に成功-東京医歯大

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2023年06月26日 AM10:53

腫瘍切除、外傷などによる骨欠損の治療法は未確立、mRNAによる再生治療が期待される

東京医科歯科大学は6月23日、新しい創薬モダリティとして注目を集めるmRNA医薬を用いて、顎骨骨欠損に対する骨再生治療に成功したと発表した。この研究は、同大生体材料工学研究所生命機能医学分野の位髙啓史教授、福島雄大助教、中西秀之助教、鄧佳(Deng Jia)大学院生と、大学院医歯学総合研究科生体補綴歯科学分野の若林則幸教授、野﨑浩佑講師、張茂芮(Zhang Maorui)大学院生らの研究グループによるもの。研究成果は、「Inflammation and Regeneration」にオンライン掲載されている。


画像はリリースより
(詳細は▼関連リンクからご確認ください)

骨は本来自然に治癒する能力を持つ組織だが、完全に治癒するまで長い時間を要することも多く、大きな骨欠損を生じた場合の対処は、依然重大な医学的課題である。特に顎顔面領域は、腫瘍切除、外傷などにより大きな骨欠損を生ずることがしばしばあり、機能的・美容的に深刻な問題となるが、まだその治療法は確立していない。

研究グループは、mRNAを体内に直接投与するmRNA医薬の研究開発を進めてきた。mRNAは新型コロナウイルスワクチンとして初めて実用化された新しい薬の形だが、どのようなタンパク質を投与することも可能で、組織再生に効果が期待されるタンパク質を局所的・一過性に産生させることによって、再生医療への応用も期待されている。

骨再生の効果を示すmRNAとして2種を選択、培養細胞への投与で骨分化誘導能を確認

今回の研究では、上記の顎顔面領域の骨欠損に対する治療への応用を想定して、mRNAを用いて複数の治療用タンパク質を組み合わせて投与することによる、新しい骨再生治療を試みた。骨再生の効果を示す治療用タンパク質として、研究グループの先行研究で骨再生効果が明らかとなっている骨誘導性転写因子()、および血管内皮増殖因子()の2種を用いた。後者は、その名の通り本来は血管新生に働く分泌タンパク質で、骨欠損部位への血管誘導が骨再生を促進する効果が期待されること、またVEGF自体に骨分化誘導の機能があるとの研究報告もあり、Runx2との相乗的な効果が期待されるものとして選択した。

まず、培養細胞(未分化骨芽細胞)に対してこれらのmRNAを投与し、骨分化誘導能を評価した。Runx2 mRNA、VEGF mRNAそれぞれを単独で投与すると、骨分化マーカー(オステオポンチン、オステオカルシンなど)の発現が亢進し、Runx2だけでなく、VEGFも骨分化誘導能を持つことが示唆された。しかし、両者を同時投与するとさらに高い骨分化マーカー発現が観察され、両者が相乗的に細胞の骨分化誘導に働くことが示唆された。

無治療では自然治癒しない動物モデルの骨欠損、3回の投与で良好な骨再生

次いで、これらのmRNAについて、動物での骨再生効果を検証した。動物モデルとして、ラットの顎骨に径4mmの骨孔を作成するモデルを用いた。同モデルは無治療では自然治癒しないモデルとして知られている。この骨欠損部へのmRNA投与には、研究グループが先行研究にて開発を進めてきたナノミセル型mRNAキャリアを応用した。骨欠損作成後1週から、週1回の間隔で計3回のmRNA投与を行い、マイクロCTによる骨の撮影、および組織学的評価を行った。

Runx2 mRNA、VEGF mRNAいずれかの単独投与でも、無治療群あるいはコントロールmRNA投与群と比べて、骨欠損部に良好な骨再生が得られた。さらに、細胞での結果と一致して、この両者を組み合わせて投与した群で、最も旺盛な骨再生が観察された。新生骨を詳細に評価すると、骨量や骨石灰化量など骨の性状を示す値がこの組み合わせ投与群で最も高い値となり、旺盛な骨再生が裏付けられた。

VEGFは血管新生と骨誘導の役割を果たしRunx2と相乗的に作用、明らかな有害事象なし

骨欠損作成後4週での骨再生部位の組織学的評価では、Runx2 mRNA投与群(単独あるいはVEGF mRNAとの組み合わせ)で、骨分化マーカー(ALPなど)が広範に発現し、一方VEGF mRNA投与群(単独あるいはRunx2 mRNAとの組み合わせ)で、血管新生マーカー(CD31)の発現の亢進が観察された。興味深いことに、VEGF mRNA投与群でも、Runx2 mRNA投与群よりは低い程度ながら骨誘導マーカー発現が増加しており、VEGFも骨誘導能を持つことが示唆された。従って、VEGF mRNAは骨欠損部への血管新生、骨誘導の両方の役割を果たしたことが示唆され、さらにRunx2 mRNAと組み合わせることにより、両者が相乗的に作用し、より活発な骨再生を誘導したものと考えられる。また、今回のmRNA投与によって、投与局所での炎症反応など明らかな有害事象は観察されなかった。

種類の異なるタンパク質も組み合わせ可能なmRNA医薬、再生医療の実現に向けた重要な一歩

mRNA医薬の再生医療への応用例はまだわずかで、現在世界で行われている臨床試験としては、VEGF mRNAを用いた虚血性心疾患治療の事例があるのみである。一方、今回の研究では、分泌タンパク質であるVEGF、細胞内で働く転写因子であるRunx2という、全く種類の異なるタンパク質であっても、それらを自在に組み合わせて治療に用いることができるmRNA医薬の特長を明確に示した。「VEGFによって血管新生の積極的な誘導が可能となることは、特に顎顔面領域などの大きな骨欠損に対して有効に働く可能性がある。mRNA医薬を用いた、細胞移植を必要としない再生医療の実現に向けた重要な一歩と位置づけられる」と、研究グループは述べている。

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