幹細胞の歯原性分化に対するサイトカイン共刺激効果

Cytokine co-stimulation effect on odontogenic differentiation of stem cells.

抄録

目的:

本研究は、骨形成タンパク質-2（BMP-2）とトランスフォーミング成長因子-β1（TGF-β1）の共刺激が、ヒト歯髄幹細胞（hDPSC）の歯原性分化に与える影響を評価することを目的とする。

OBJECTIVE: The study aims to evaluate the effect of bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and transforming growth factor-beta 1 (TGF-β1) co-stimulation on odontogenic differentiation of human dental pulp stem cells (hDPSCs).

材料と方法:

BMP-2（B群）、TGF-β1（T群）、BMP-2/TGF-β1（BT群）で処理したhDPSCの生存率/増殖率を評価した。歯原性分化の実験は、14日間行った。異なるタイミングでの共刺激の効果を調べるために以下のサブグループを加えた：サブグループB1、第1週目のTGF-β1共刺激、サブグループB2、第2週目のTGF-β1共刺激、サブグループT1、第1週目のBMP-2共刺激、およびサブグループT2、第2週目のBMP-2共刺激。ミネラル化は、アリザリンレッド染色で評価した。遺伝子は，DSPP，DMP1，OPN，Alkaline phosphataseの4種類を定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応により評価した．

MATERIALS AND METHODS: The viability/proliferation of hDPSCs treated with BMP-2 (group B), TGF-β1 (group T), or BMP-2/TGF-β1 (group BT) were evaluated. The experiments on odontogenic differentiation were done for 14 days. The following subgroups were added to investigate the effect of co-stimulation with different timing: subgroup B1, TGF-β1 co-stimulation in the first week; subgroup B2, TGF-β1 co-stimulation in the second week; subgroup T1, BMP-2 co-stimulation in the first week; and subgroup T2, BMP-2 co-stimulation in the second week. The mineralization was assessed using alizarin red staining. The expression of following genes was assessed using quantitative real-time polymerase chain reaction: dentin sialophosphoprotein (DSPP), dentin matrix protein-1 (DMP1), osteopontin (OPN), and alkaline phosphatase.

結果:

全群ともコントロール群と同程度の生存率を示した（P>.05）。14日目にはB群でより大きなミネラル化が検出された。DSPP，DMP-1，OPNの発現は14日目に増加した（P<.05）．併用群では，B1，B2群においてB，T群よりDSPP，DMP-1の発現が高かった（P<.05）．

RESULTS: All groups showed viability similar to the control group (P > .05). The greater mineralization was detected in B groups on day 14. The expressions of DSPP, DMP-1, and OPN increased on day 14 (P < .05). In the combination groups, the higher expressions of DSPP and DMP-1 were observed in subgroups B1 and B2 than groups B and T (P < .05).

結論:

BMP-2はhDPSCsの歯原性分化の鍵であり、TGF-β1との共刺激によりさらに分化が促進された。 TGFβ-1の連続刺激ではhDPSCsの分化は改善されないことがわかった。

CONCLUSIONS: BMP-2 was the key in odontogenic differentiation of hDPSCs, which was further enhanced by co-stimulation with TGF-β1. Continuous stimulation with TGFβ-1 did not improve the differentiation of hDPSCs.

臨床的関連性:

BMP-2とTGFβ-1を特定の配列で併用することで、将来的にガイド付き象牙質再生のための組織工学的アプローチが可能となる。

CLINICAL RELEVANCE: Combined use of the BMP-2 and TGFβ-1 at the specific sequence can provide a tissue engineering approach for the future guided dentin regeneration.