再生医療のための人工ウイルスによる遺伝子導入法の開発に関する研究
 
参加研究室
東京大学大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻片岡・山崎研究室
東京大学大学院医学系研究科 メニコン軟骨・骨再生医療寄付講座
東京大学大学院医学系研究科 骨・軟骨再生医療寄付講座
東京大学医学部整形外科学教室
東京大学医学部顎口腔外科学教室
東京大学大学院医学系研究科附属疾患生命工学センター臨床医工学部門
東京大学医学部附属病院ティッシュ・エンジニアリング部
 
目標
非ウイルス性遺伝子導入法の開発
非ウィルス性siRNA導入法の開発
安全性と実用性に優れた再生軟骨、再生骨の作出
現実的な生産体制と品質管理法の確立
臨床治験の推進と日常診療への導入
骨・軟骨分化を簡便・正確・非侵襲的に検出するシステムの開発
骨・軟骨分化に必要十分なシグナルの決定
血管新生をともなう骨誘導法の開発
骨・軟骨細胞シート培養法の開発
骨・軟骨誘導薬のスクリーニング
 
研究領域
マテリアル工学
骨軟骨生物学
発生学
幹細胞生物学
再生医学
軟骨・骨再生における新規足場素材の開発
再生組織への三次元形態付与方法の開発
生体内における軟骨・骨再生組織の動向の評価
 
連携
東京理科大学基礎工学部材料工学科
国立循環器病センター研究所バイオサイエンス部
株式会社日本化薬
株式会社ナノキャリア
株式会社ジーンケア研究所
株式会社オリンパス
株式会社エイブル
独立行政法人物質・材料研究機構 生体材料研究センター
理化学研究所
マサチュッーセツ工科大学 バイオエンジニアリングセンター
東京医科歯科大学生体再組織再生学講座
お茶の水女子大学生活科学部食物科学講座
松本歯科大学総合歯科医学研究所
株式会社ネクスト
東京女子医科大学先端生命医科学研究所
ハーバード大学医学部マサチューセッツ総合病院内分泌科
 
Affiliated Department
Kataoka & Yamasaki Lab, Department of Materials Science, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo
Department of  ″Menicon″  Cartilage & Bone Regeneration, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo
Department of Bone & Cartilage Regenerative Medicine, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo
Department of Orthopaedic Surgery, Faculty of Medicine, The University of Tokyo Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Faculty of Medicine, The University of Tokyo
Division of Clinical Biotechnology, Center for Disease Biology and Integrative
Medicine, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo
Division of Tissue Engineering, The University of Tokyo Hospital
 
Objects
Development of a non-viral gene delivery system by supramolecular nanotechnology
Development of a non-viral siRNA delivery system by supramolecular nanotechnology
Production of regenerated cartilage and bone with high safety and usefulness
Establishment of practical production and quality control systems
Promotion of the clinical application of regenerated cartilage and bone
Development of easy, precise, non-invasive systems to detect osteoblastic and chondroocytic differentiation
Determination of a finite set of signaling factors sufficient for induction of osteoblasts and chondrocytes
Development of a method to induce osteogenesis and angiogenesis simultaneously
Development of a cell-sheet culture system for bone and cartilage
Screening for compounds that induce bone and cartilage regeneration
 
Major Research Projects
Materials Science/Bone and Cartilage Biology/Developmental Biology/Stem Cell Biology/Regenerative Medicine/Development of novel scaffolds in cartilage and bone regeneration/Development of 3D-reconstruction system for regenerated tissues/Evaluation of biochemical and biophysical properties of regenerated tissues in vivo
 
Collaboration
Department of Materials Science and Technology Faculty of Industrial Science and Technology Graduate School of Industrial Science and Technology Tokyo University of Science
Department of Bioscience, Research Institute, National Cardiovascular Center Nippon Kayaku Co., Ltd.
NanoCarrier Co., Ltd.
GeneCare Reserch Institute Co., Ltd.
Olympus Optical Co., Ltd.
Able corporation National Institute for Materials Science, Biomaterial Center
Riken, The Institute of Physical and Chemical Research
Massachusetts Institute of Technology, Center for Biomedical Engineering
Tokyo Medical and Dental University, Department of Hard Tissue Engineering
Ochanomizu University, Faculty of Human Life and Environmental Science
Matsumoto Dental University, Institute for Oral Science, Next Corporation
Institute of Advanced Biomedical Engineering and Science, Tokyo Women's Medical University
Endocrine Unit, Massachusetts General Hospital & Harvard Medical School
 
Tel. 03-5800-9891
E-mail : dte-office@umin.ac.jp
URL : http://square.umin.ac.jp/t-el/
 
成果(Results)
 
図1 FRET解析を利用した,細胞内導入DNA動態のレーザー共焦点顕微鏡下観察
The ratio images of the fluorescent resonance energy transfer (FRET) created after laser confocal microscopy by using doubly-labeled DNA
 
ポリエチレンイミンを利用して二重標識DNA 導入後、(B)8 h;(A)4 h;(C)16 h; and (D)24h経過後観察した。徐々にDNA が放出され、細胞質内へ分布している。
 
Time-dependent increase of decondensed DNA after transfection with LPEI/pDNA polyplexes.
The ratio images of the fluorescent resonance energy transfer (FRET) were created after laser confocal microscopy by using doubly-labeled
DNA. (A) 4h; (B) 8h; (C) 16h; and (D) 24h after transfection (J Gene Medicine 2004; 6: 76- 84).
 
図1 FRET解析を利用した,細胞内導入DNA動態のレーザー共焦点顕微鏡下観察
図2 高分子ナノキャリアsiRNA デリバリーシステムによる遺伝子ノックダウン
Gene knockdown by supramolecular nanocarrier of siRNA
 
(A)ルシフェラーゼ遺伝子(GL3)の選択的ノックダウン。高分子ナノキャリア(PEG-DPT) コンプレックスを血清中でインキュベートした後用いても,効果は影響されない。では, (B) 内在性遺伝子(autotaxin)の選択的ノックダウン。高分子ナノキャリアによって、内在性遺伝子に対しても、高率のノックダウンが得られる。
 
(A) Luciferase gene (GL3) knockdown. The supramolecular nanocarrier (PEG-DPT) showed comparable abilities of gene knockdown even after co-incubation with serum.
(B) Endogenous gene (autotaxin) knockdown. The supramolecular nanocarrier was also effective for the endogenous gene knockdown. J Am Chem Soc 2004 (in press)
 
図2 高分子ナノキャリアsiRNA デリバリーシステムによる遺伝子ノックダウン
 
図3 培養中の再生軟骨
Regenerated cartilage during incubation
 
図3 培養中の再生軟骨
図4 皮膚線維芽細胞の骨芽細胞誘導による石灰化
Mineralization of human dermal fibroblasts by treatment with the osteogenic small compounds.
 
無処理の線維芽細胞には石灰化は起こらず(a)、骨芽 細胞誘導薬剤処理した線維芽細胞は石灰化を起こし ている(b)
 
Mineralization of human dermal fibroblasts by treatment with the osteogenic small compounds. Extensive mineralization of matrix is induced in fibroblasts treated with the compounds (b), while there is no mineralization of fibroblasts with no treatment. Mineralization is stained black with the von Kossa method.
 
図4 皮膚線維芽細胞の骨芽細胞誘導による石灰化
図5 骨芽細胞誘導薬処理した皮膚線維芽細胞シートによる頭蓋骨臨界欠損の再生
Regeneration of bone by transplantation of a sheet of fibroblasts treated with the osteogenic small compounds
 
左側は未処理の線維芽細胞を移植した場合で術後4 週間経っても全く骨再生は見られないが、右側の骨芽細胞誘導した線維芽細胞を移植した場合は旺盛な骨再生が見られる。軟X線写真。
 
Regeneration of bone by transplantation of a sheet of fibroblasts treated with the osteogenic small compounds. Bone regeneration is observed on the left hand side critical-sized defect of the parietal bone transplanted with a sheet of fibroblasts treated with the osteogenic small compounds, while there is no bone regeneration on the right hand side with a sheet of non-treated cells. A soft X ray image.
 
図5 骨芽細胞誘導薬処理した皮膚線維芽細胞シートによる頭蓋骨臨界欠損の再生