歯根膜修復細胞のミネラリゼーションモデルの開発、確立、検証：セメント芽細胞

Development, Establishment, and Validation of a Model for the Mineralization of Periodontium Remodelling Cells: Cementoblasts.

抄録

透析を受けている慢性腎臓病（CKD）患者は骨折のリスクが高い。CKDによるミネラルおよび骨の障害は、CKD患者における唾液のイオン組成の変化により歯周病に拡大し、ミネラル化を調節し、再生を妨げ、それによって歯科合併症の進行を促進する。セメント質は口腔全体の健康にとって重要であるにもかかわらず、その発生と再生を制御するメカニズムは十分に理解されておらず、十分なin vitro実験モデルの不足が研究の進展を妨げている。本研究では、セメント芽細胞の石灰化に関する標準化され検証されたモデルを確立することを目的として、セメント芽細胞の石灰化に及ぼす実験条件の影響を系統的に検討した。リン酸、カルシウム、アスコルビン酸、β-グリセロールリン酸、デキサメタゾン、および子牛胎児血清がセメント芽細胞の石灰化過程に及ぼす影響を、カルシウム含量、細胞生存率、遺伝子発現、キナーゼ活性を調べることにより、幅広い濃度および時点にわたって解析した。セメント芽細胞は濃度および時間に依存して石灰化し、サプリメントの濃度が高いほど石灰化の程度は高くなるが、細胞生存率は低下した。アスコルビン酸、β-グリセロールリン酸、デキサメタゾンは、幅広い骨形成シグナル伝達経路で石灰化を誘導し、オステオポンチンは遺伝子制御の中心的な標的であった。逆に、アスコルビン酸、β-グリセロールリン酸、デキサメタゾンによる治療は、特定の経路のみを活性化し、特に骨サイアロタンパク質の発現を促進する。開発され検証されたセメント芽細胞石灰化プロトコールは、合理的な多経路石灰化誘導には1.9 mmol Lのリン酸補充、合理的な骨分化に基づく石灰化誘導には10 mmol Lのβ-グリセロールリン酸、75 µmol Lのアスコルビン酸および10 nmol Lのデキサメタゾンを用いて、60％コンフルエントまでのセメント芽細胞をインキュベートするもので、セメント芽細胞の機能と再生をよりよく理解するための標準的なin vitro実験モデルを提供する。

Chronic kidney disease (CKD) patients undergoing dialysis are at high risk of bone fractures. CKD-induced mineral and bone disorder is extended to periodontal disease due to changes in the ionic composition of saliva in CKD patients, dysregulating mineralization, hindering regeneration and thereby promoting the progression of dental complications. Despite the importance of cementum for overall oral health, the mechanisms that regulate its development and regeneration are not well comprehended, and a lack of sufficient in vitro experimental models has hindered research progress. In this study, the impact of experimental conditions on the calcification of cementoblasts was systematically investigated, aimed at establishing a standardized and validated model for the calcification of cementoblasts. The effects of phosphate, calcium, ascorbic acid, β-glycerolphosphate, dexamethasone, and fetal calf serum on the calcification process of cementoblasts were analyzed over a wide range of concentrations and time points by investigating calcium content, cell viability, gene expression and kinase activity. Cementoblasts calcified in a concentration- and time-dependent manner with higher concentrations of supplements cause a higher degree of calcification but decreased cell viability. Phosphate and calcium have a significantly stronger effect on cementoblast calcification processes compared to osteogenic supplements: ascorbic acid, β-glycerolphosphate, and dexamethasone induce calcification over a wide range of osteogenic signalling pathways, with osteopontin being a central target of gene regulation. Conversely, treatment with ascorbic acid, β-glycerolphosphate, and dexamethasone leads to activating only selected pathways, especially promoting bone sialoprotein expression. The developed and validated cementoblast calcification protocol, incubating up to 60% confluent cementoblasts with 1.9 mmol L of phosphate supplementation for a reasonable, multi-pathway calcification induction and 10 mmol L β-glycerolphosphate, 75 µmol L ascorbic acid and 10 nmol L dexamethasone for a reasonable osteogenic differentiation-based calcification induction, provides standard in vitro experimental models for better understanding cementoblast function and regeneration.