ラットカルバリアから分離した骨芽細胞様初代細胞の増殖と石灰化に及ぼす低レベルEr:YAGレーザー照射の効果

Effects of Low-Level Er:YAG Laser Irradiation on Proliferation and Calcification of Primary Osteoblast-Like Cells Isolated From Rat Calvaria.

• Hiromi Niimi
• Yujin Ohsugi
• Sayaka Katagiri
• Kazuki Watanabe
• Masahiro Hatasa
• Tsuyoshi Shimohira
• Yosuke Tsuchiya
• Shogo Maekawa
• Tomomitsu Hirota
• Hiroshi Kadokura
• Satoshi Yokose
• Takanori Iwata
• Akira Aoki

抄録

これまでに、様々なレーザーによる細胞の光生体変調が良好な生物学的効果をもたらすことが報告されています。しかし、低レベルのEr:YAGレーザー照射が骨芽細胞に及ぼす影響については不明な点が多い。本研究の目的は、3～5日齢のWistarラットのふくらはぎから分離した一次骨芽細胞様細胞の増殖と骨形成分化に及ぼす低レベルEr:YAGレーザー照射の影響を評価することであった。細胞にEr:YAGレーザーを2.2, 3.3, 4.3J/cmのエネルギーフルエンスで照射した。照射後、細胞表面温度を測定し、フローサイトメトリーとCCK-8を用いて細胞増殖を評価した。石灰化は、骨誘導性培地で7日、14日、21日培養後のアリザリンレッドS染色の面積を測定することにより評価した。非照射細胞およびレーザー照射細胞の遺伝子発現は、照射後 3, 6, 12 時間後および 1, 3, 7, 14 日後に qPCR を用いて評価した。マイクロアレイ解析により、非照射細胞とレーザー照射細胞の遺伝子発現を照射後6時間後に3.3J/cmで総合的に評価した。その結果、照射による細胞表面温度の顕著な上昇は認められなかった。照射は破骨芽細胞様細胞の増殖に影響を与えなかった。骨芽細胞様細胞の石灰化は、Er:YAGレーザーを3.3 J/cmで照射した7日後に有意に増加した。マイクロアレイ解析の結果、3.3J/cm照射により炎症関連遺伝子の発現が上昇し、炎症関連遺伝子の発現が低下した。 また、遺伝子セットの濃縮解析により、炎症関連遺伝子とNotchシグナル伝達遺伝子が濃縮されていることが明らかになった。結論として、3.3J/cmの低レベルEr:YAGレーザー照射は、発現亢進とNotchシグナル伝達の濃縮を介して、初代骨芽細胞様細胞の石灰化を促進した。

Several reports have shown that the photo-bio-modulation of cells by various lasers has favorable biological effects. However, the effects of low-level Er:YAG laser irradiation on osteoblasts remain unclear. The purpose of this study was to evaluate the effects of low-level Er:YAG laser irradiation on proliferation and osteogenic differentiation of primary osteoblast-like cells isolated from the calvariae of 3-5-day-old Wistar rats. Cells were irradiated by Er:YAG laser at energy fluences of 2.2, 3.3, and 4.3 J/cm, respectively. After irradiation, cell surface temperatures were measured and cell proliferation was evaluated by flow cytometry and CCK-8. Calcification was evaluated by measuring areas of Alizarin red S staining after 7, 14, and 21 days culture in osteoinductive medium. Gene expression in non-irradiated and laser-irradiated cells was evaluated by qPCR at 3, 6, and 12 h, as well as 1, 3, 7, and 14 days after irradiation. Microarray analysis was performed to comprehensively evaluate the gene expression of non-irradiated and irradiated cells at 3.3 J/cm at 6 h after irradiation. No pronounced increase of cell surface temperature was induced by irradiation. Irradiation did not affect osteoblast-like cell proliferation. Osteoblast-like cell calcification was significantly increased 7 days after Er:YAG laser irradiation at 3.3 J/cm. expression was significantly increased in cells irradiated at 3.3 J/cm 6 h post-irradiation. Microarray analysis showed that irradiation at 3.3 J/cm caused an upregulation of inflammation-related genes and downregulation of . Gene set enrichment analysis also clarified enrichment of inflammation-related and Notch signaling gene sets. In conclusion, low-level Er:YAG laser irradiation at 3.3 J/cm enhanced calcification of primary osteoblast-like cells via enhanced expression and enriched Notch signaling.

Copyright © 2020 Niimi, Ohsugi, Katagiri, Watanabe, Hatasa, Shimohira, Tsuchiya, Maekawa, Hirota, Kadokura, Yokose, Iwata and Aoki.