パルス電磁場は骨間葉系幹細胞の骨形成分化過程でmiRNAを調節する：骨形成-血管形成カップリングにおける可能性のある役割

Pulsed Electromagnetic Fields Modulate miRNAs During Osteogenic Differentiation of Bone Mesenchymal Stem Cells: a Possible Role in the Osteogenic-angiogenic Coupling.

• Monica De Mattei
• Silvia Grassilli
• Agnese Pellati
• Federica Brugnoli
• Elena De Marchi
• Deyanira Contartese
• Valeria Bertagnolo

抄録

骨組織の再生能力が高いにもかかわらず、いくつかの病理学的条件では、特に大きな欠陥の存在下では、骨の治癒に失敗します。in vivoでの骨形成と骨修復の際には、骨形成と血管形成の間に強い関係があるため、骨原性-血管原性のカップリングを促進する戦略が再生医療には不可欠である。また、miRNAは骨形成や骨血管形成の制御に重要な役割を果たしており、医学研究においても重要なツールであることがわかってきています。パルス電磁場（PEMF）は骨修復を促進するために使用されてきたが、その臨床効果はヒト間葉系幹細胞（hMSC）の骨形成分化を促進する能力と関連している。本研究では、ヒト骨間葉系幹細胞（hBMSCs）の骨形成分化に関与するmiRNAを修飾するPEMF曝露の潜在的な能力を調べた。その結果、in vitroでのhBMSCの分化過程において、PEMFは骨形成分化を促進するmiR-26aとmiR-29bの発現を増加させ、抑制miR-125bの発現を減少させることを明らかにした。PEMF は血管新生にも関与する miRNA の発現と放出を促進することから、PEMF は骨修復に関連した役割を持つ miRNA を調節する非侵襲的で安全な戦略であり、骨原性と血管新生のカップリングを調節する可能性があると結論付けた。

Despite the high intrinsic ability of bone tissue to regenerate, bone healing fails in some pathological conditions and especially in the presence of large defects. Due to the strong relationship between bone development and vascularization during in vivo bone formation and repair, strategies promoting the osteogenic-angiogenic coupling are crucial for regenerative medicine. Increasing evidence shows that miRNAs play important roles in controlling osteogenesis and bone vascularization and are important tool in medical research although their clinical use still needs to optimize miRNA stability and delivery. Pulsed electromagnetic fields (PEMFs) have been successfully used to enhance bone repair and their clinical activity has been associated to their ability to promote the osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells (hMSCs). In this study we investigated the potential ability of PEMF exposure to modulate selected miRNAs involved in the osteogenic differentiation of human bone mesenchymal stem cells (hBMSCs). We show that, during in vitro hBMSC differentiation, PEMFs up-modulate the expression of miR-26a and miR-29b, which favor osteogenic differentiation, and decrease miR-125b which acts as an inhibitor miRNA. As PEMFs promote the expression and release of miRNAs also involved in angiogenesis, we conclude that PEMFs may represent a noninvasive and safe strategy to modulate miRNAs with relevant roles in bone repair and with the potential to regulate the osteogenic-angiogenic coupling.