[O-KS-11-6] 骨軟骨欠損モデルラットに対する細胞移植と低出力超音波パルス治療の併用が欠損修復に及ぼす影響
Keywords:軟骨損傷, 再生医療, 超音波療法
【はじめに，目的】
我々は骨軟骨欠損モデルラットにおいて，間葉系間質細胞（MSC）の関節内注入が，欠損した関節軟骨の修復を促すとともに，MSC関節内注入後の物理刺激が関節軟骨の修復におよぼす影響について検証を行ってきた。我々は2015年同学会にて，MSC関節内注入と低出力超音波パルス（LIPUS）の照射を併用することにより，関節軟骨の修復だけでなく，軟骨下骨の修復を促進させる可能性があることを組織学的に示唆した。本報告では，細胞治療とLIPUSの併用による骨軟骨欠損の再生の影響について，軟骨下骨の修復に着目してさらなる評価を行った。
【方法】
8週齢雄性Wistar系ラットの両膝大腿骨滑車部に直径1mmの骨軟骨欠損を作成した。4週間の自由飼育後，全てのラットに対して同種他家骨髄由来MSC 1.0×106個を右膝関節に注入し，リン酸緩衝液を注入した左膝関節を対照膝とした。その後ラットをLIPUS照射群と非照射群に分け，照射群には両膝に対して週5回，1日20分間のLIPUS照射を行った。ラット膝関節をそれぞれ対照群，LIPUS群，MSC群，LIPUS+MSC（MSCL）群の4群に分け，介入開始から4，8週後に摘出した（各群n=7/週）。膝関節をmicro-CTにて解析し，欠損修復部分の骨密度（BV/TV）の算出を行った。組織評価として修復組織をWakitaniの軟骨修復スコアに従って評価するとともに，アルカリフォスファターゼ（ALP）染色による観察を行った。各群間の比較における統計学的有意水準は5%とした。
【結果】
介入4週後，BV/TVはLIPUS群とMSCL群で有意に高値を示した（P＜0.05）。Wakitaniの軟骨修復スコアは対照群に比べてLIPUS，MSC，MSCLの3群で有意に低値を示したP＜0.05）。組織観察では，ALP染色は各群で軟骨深層の石灰化軟骨領域に発現が見られたが，対照群ではその発現が乏しいか，修復組織の大部分で発現してしまうという二極化した結果が見られた。介入8週後では，BV/TVには各群に有意な差は見られなかった。Wakitaniの軟骨修復スコアはMSC群とMSCL群で有意に低値を示した（P＜0.05）。組織観察ではALP染色は対照群で発現が乏しく，MSC群は軟骨深層の細胞周辺に限局して観察されたのに対し，LIPUS群とMSCL群では軟骨深層の石灰化軟骨領域にて帯状の領域として観察された。
【結論】
LIPUSの照射は軟骨下骨の修復促進と，軟骨に対しては石灰化軟骨層の形成促進の効果があることが示唆された。介入4週後において，LIPUS群，MSC群，MSCL群では欠損した関節軟骨の修復を促す可能性が示唆されたが，介入8週後になるとMSC群やMSCL群とは異なり，LIPUS群の軟骨修復スコアは再び悪化しており，LIPUS単独の介入では修復した軟骨の質は長期的には維持されないことが示唆された。本研究結果は，骨軟骨欠損に対する細胞移植治療において，LIPUSの併用を行うことにより軟骨だけでなく，軟骨下骨を含めた骨軟骨複合体の修復を促進できる可能性があることを示唆した。
我々は骨軟骨欠損モデルラットにおいて，間葉系間質細胞（MSC）の関節内注入が，欠損した関節軟骨の修復を促すとともに，MSC関節内注入後の物理刺激が関節軟骨の修復におよぼす影響について検証を行ってきた。我々は2015年同学会にて，MSC関節内注入と低出力超音波パルス（LIPUS）の照射を併用することにより，関節軟骨の修復だけでなく，軟骨下骨の修復を促進させる可能性があることを組織学的に示唆した。本報告では，細胞治療とLIPUSの併用による骨軟骨欠損の再生の影響について，軟骨下骨の修復に着目してさらなる評価を行った。
【方法】
8週齢雄性Wistar系ラットの両膝大腿骨滑車部に直径1mmの骨軟骨欠損を作成した。4週間の自由飼育後，全てのラットに対して同種他家骨髄由来MSC 1.0×106個を右膝関節に注入し，リン酸緩衝液を注入した左膝関節を対照膝とした。その後ラットをLIPUS照射群と非照射群に分け，照射群には両膝に対して週5回，1日20分間のLIPUS照射を行った。ラット膝関節をそれぞれ対照群，LIPUS群，MSC群，LIPUS+MSC（MSCL）群の4群に分け，介入開始から4，8週後に摘出した（各群n=7/週）。膝関節をmicro-CTにて解析し，欠損修復部分の骨密度（BV/TV）の算出を行った。組織評価として修復組織をWakitaniの軟骨修復スコアに従って評価するとともに，アルカリフォスファターゼ（ALP）染色による観察を行った。各群間の比較における統計学的有意水準は5%とした。
【結果】
介入4週後，BV/TVはLIPUS群とMSCL群で有意に高値を示した（P＜0.05）。Wakitaniの軟骨修復スコアは対照群に比べてLIPUS，MSC，MSCLの3群で有意に低値を示したP＜0.05）。組織観察では，ALP染色は各群で軟骨深層の石灰化軟骨領域に発現が見られたが，対照群ではその発現が乏しいか，修復組織の大部分で発現してしまうという二極化した結果が見られた。介入8週後では，BV/TVには各群に有意な差は見られなかった。Wakitaniの軟骨修復スコアはMSC群とMSCL群で有意に低値を示した（P＜0.05）。組織観察ではALP染色は対照群で発現が乏しく，MSC群は軟骨深層の細胞周辺に限局して観察されたのに対し，LIPUS群とMSCL群では軟骨深層の石灰化軟骨領域にて帯状の領域として観察された。
【結論】
LIPUSの照射は軟骨下骨の修復促進と，軟骨に対しては石灰化軟骨層の形成促進の効果があることが示唆された。介入4週後において，LIPUS群，MSC群，MSCL群では欠損した関節軟骨の修復を促す可能性が示唆されたが，介入8週後になるとMSC群やMSCL群とは異なり，LIPUS群の軟骨修復スコアは再び悪化しており，LIPUS単独の介入では修復した軟骨の質は長期的には維持されないことが示唆された。本研究結果は，骨軟骨欠損に対する細胞移植治療において，LIPUSの併用を行うことにより軟骨だけでなく，軟骨下骨を含めた骨軟骨複合体の修復を促進できる可能性があることを示唆した。