基礎研究班

目標:現状の問題点や限界を打破する研究

臨床から基礎、基礎から臨床にfeed backできる視点を失わず、他の診療科や基礎教室あるいは国内海外の大学と積極的な連携を図って、最先端研究を行います。医局員は現状の医療が100%ではないことを常に意識して、未来に向けた臨床・基礎研究を行います。

日常の臨床における疑問点を出発点とし、リサーチカンファレンスでこれからの医療の発展となる研究テーマについて話し合っています。そして最終的には基礎研究で得られた知見を臨床に還元することが目標となります。

実験室

2010年により、整形外科教室の新しい実験室を使用して実験をしております。細胞培養実験室と分子生物学実験室の2部屋を使い、細胞培養、PCR、WB、病理組織IHCなどを中心に行っております。FACS、蛍光免疫染色の撮影などは大学の共同実験室を、また、動物実験に関しましては、山梨大学医学部の動物実験施設を使用しております。

細胞培養実験室
細胞培養実験室
細胞培養実験室
細胞培養実験室
分子生物学実験室
分子生物学実験室
動物実験施設
動物実験施設

研究テーマ:椎間板ヘルニアの自然退縮における分子細胞メカニズムおよびその周囲環境について

背景:腰痛は生涯罹患率が60から80%にのぼり、発症頻度が極めて高い愁訴であり、その40%は腰椎椎間板ヘルニアが原因です。腰椎椎間板ヘルニアの病態は、正常椎間板内の含有水分量の低下により本来の弾力性が喪失し、椎間板の硬度が増す変性が基盤となる。この変性椎間板が脊柱管に突出して、神経根や馬尾を圧迫し、腰痛や下肢痛などの神経症状を発症します。腰椎椎間板ヘルニアを保存的に経過観察すると、症状の改善に伴い脊柱管に脱出したヘルニア塊が自然に退縮することがわかっています。このことは日常診療で我々がヘルニアをすぐに手術せずに保存的に治療する根拠となっています。

マウスに麻酔をかけ顕微鏡下に椎間板を摘出

マウスに麻酔をかけ顕微鏡下に椎間板を摘出

これまで我々はマウスの椎間板を用いて椎間板ヘルニアにおける炎症期の反応メカニズムと椎間板退縮に関わるサイトカインの関連を報告してきました。炎症サイトカインのTNF-αに注目し、椎間板ヘルニアにおいてTSLPが内因性に発現し、PI3/AKTを介してMCP-1を発現させていました。TSLP誘導MCP-1によってMφが遊走、TNF-α誘導MMP-3によってMφの浸潤が促され、椎間板ヘルニアの退縮に重要な役割を成すことを報告しています。また、TNF-α刺激によって椎間板よりVEGFが発現することも椎間板ヘルニア退縮メカニズムに関与することを報告しています。また、椎間板変性についてはTNF familyであるTWEAK/Fn14シグナルが椎間板にNF-kBを介してMCP-1やMMP-3、VEGFを発現させ、椎間板変性の一因となっていることを報告しています。さらに、加齢に伴ってこの反応性は減少することも報告しています。炎症とMCP-1、MMP-3は椎間板においてヘルニア退縮、変性ともに重要な役割を成していると考えられます。この椎間板変性における炎症賦活メカニズムにおいてトロンビンの関与についても最近分かってきました。

マウス椎間板にトロンビンおよびその受容体であるPAR-1が発現していること、椎間板変性に関与するMCP-1、MMP3の産生がそのPAR-1を介して行われることを報告した(下図)。Takayama Y et al. Sci Rep. 2018

研究テーマ:骨肉腫の周囲環境の解析および新規治療法の開発

背景:骨肉腫は腫瘍細胞が類骨あるいは骨を直接生産する悪性非上皮性腫瘍と定義される。10歳台に好発し血行性遠隔転移をきたし予後不良であり、40年前には5年生存率は10-15%にすぎなかったが、手術療法の進歩、系統的化学療法の導入により現在70%以上の生存率となった。しかしながら、最近10年の生存率の緩やかな伸びと現行の化学療法薬剤の強い副作用が問題となっており、さらなる生存率の改善と副作用の少ない薬剤の開発が必須である。

我々の研究室では肉腫の腫瘍微小環境に注目し、肉腫による凝固系や血小板の活性化の詳細を報告してきた。近年、癌腫(Carcinoma)では血小板との相互作用が増殖・転移に関わると報告されているが、新規治療標的として注目を集めている。

骨肉腫担癌マウスモデルにおいて、血小板および、その凝集にかかわる特異的レセプターであるCLEC2を制御することにより骨肉腫の転移を有意に抑えることを示した(下図)。Ichikawa J et al. J Bone Miner Res. 2020

アポトーシスを主に誘導するGemcitabineとオートファジーを主に誘導するRapamycinを骨肉腫担癌マウスモデルに投与し効果をみた。この両者の併用により相乗的に肺転移を抑制し、生存日数を有意に延長した(下図)。Ando T et al. Cancers. 2020

発表論文

“Gemcitabine and Rapamycin Exhibit Additive Effect against Osteosarcoma by Targeting Autophagy and Apoptosis.” Ando T, Ichikawa J, Fujimaki T, Taniguchi N, Takayama Y, Haro H. Cancers (Basel). 2020 Oct 23;12(11):3097.

“Role of Platelet C-Type Lectin-Like Receptor 2 in Promoting Lung Metastasis in Osteosarcoma.” Ichikawa J, Ando T, Kawasaki T, Sasaki T, Shirai T, Tsukiji N, Kimura Y, Aoki K, Hayakawa K, Suzuki-Inoue K, Saitoh M, Haro H. J Bone Miner Res. 2020 Sep;35(9):1738-1750.

“Effect of Thrombin-Induced MCP-1 and MMP-3 Production Via PAR1 Expression in Murine Intervertebral Discs.” Takayama Y, Ando T, Ichikawa J, Haro H. Sci Rep. 2018 Jul 27;8(1):11320.

“Platelet-Derived TGF-β Induces Tissue Factor Expression via the Smad3 Pathway in Osteosarcoma Cells.” Saito M, Ichikawa J, Ando T, Schoenecker JG, Ohba T, Koyama K, Suzuki-Inoue K, Haro H. J Bone Miner Res. 2018 Nov;33(11):2048-2058.

“Thrombin induced by the extrinsic pathway and PAR-1 regulated inflammation at the site of fracture repair.” Sato N, Ichikawa J, Wako M, Ohba T, Saito M, Sato H, Koyama K, Hagino T, Schoenecker JG, Ando T, Haro H. Bone. 2016 Feb;83:23-34.

“Experimental chemonucleolysis with recombinant human matrix metalloproteinase 7 in human herniated discs and dogs.” Haro H, Nishiga M, Ishii D, Shimomoto T, Kato T, Takenouchi O, Koyanagi S, Ohba T, Komori H. Spine J. 2014 Jul 1;14(7):1280-90.

“Translational research of herniated discs: current status of diagnosis and treatment.” Haro H. J Orthop Sci. 2014 Jul;19(4):515-20.

“High molecular weight hyaluronic acid increases the differentiation potential of the murine chondrocytic ATDC5 cell line.” Sato E, Ando T, Ichikawa J, Okita G, Sato N, Wako M, Ohba T, Ochiai S, Hagino T, Jacobson R, Haro H. J Orthop Res. 2014 Dec;32(12):1619-27.

“Autocrine VEGF/VEGFR1 signaling in a subpopulation of cells associates with aggressive osteosarcoma.” Ohba T, Cates JM, Cole HA, Slosky DA, Haro H, Ando T, Schwartz HS, Schoenecker JG. Mol Cancer Res. 2014 Aug;12(8):1100-11.

“Bisphosphonates inhibit osteosarcoma-mediated osteolysis via attenuation of tumor expression of MCP-1 and RANKL.” Ohba T, Cole HA, Cates JM, Slosky DA, Haro H, Ando T, Schwartz HS, Schoenecker JG. J Bone Miner Res. 2014 Jun;29(6):1431-45.

“Endogenous TGF-beta activity limits TSLP expression in the intervertebral disc tissue by suppressing NF-kappaB activation.” Zhu Y, Ohba T, Ando T, Fujita K, Koyama K, Nakamura Y, Katoh R, Haro H, Nakao A. J Orthop Res. 2013 Jul;31(7):1144-9.

“Age-related expression of MCP-1 and MMP-3 in mouse intervertebral disc in relation to TWEAK and TNF-alpha stimulation. Fujita K, Ando T, Ohba T, Wako M, Sato N, Nakamura Y, Ohnuma Y, Hara Y, Kato R, Nakao A, Haro H. J Orthop Res. 2012 Apr;30(4):599-605.

“TNF-alpha-induced NF-kappaB signaling reverses age-related declines in VEGF induction and angiogenic activity in intervertebral disc tissues.” Ohba T, Haro H, Ando T, Wako M, Suenaga F, Aso Y, Koyama K, Hamada Y, Nakao A. J Orthop Res. 2009 Feb;27(2):229-35.

“A potential role of thymic stromal lymphopoietin in the recruitment of macrophages to mouse intervertebral disc cells via monocyte chemotactic protein 1 induction: implications for herniated discs.” Ohba T, Haro H, Ando T, Koyama K, Hatsushika K, Suenaga F, Ohnuma Y, Nakamura Y, Katoh R, Ogawa H, Hamada Y, Nakao A. Arthritis Rheum. 2008 Nov;58(11):3510-9.

“Mechanism of signal transduction in tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis-induced matrix degradation by MMP-3 upregulation in disc tissues.” Wako M, Ohba T, Ando T, Arai Y, Koyama K, Hamada Y, Nakao A, Haro H.

Spine (Phila Pa 1976). 2008 Nov 1;33(23):2489-94.

“Imatinib mesylate both prevents and treats the arthritis induced by type II collagen antibody in mice.” Koyama K, Hatsushika K, Ando T, Sakuma M, Wako M, Kato R, Haro H, Sugiyama H, Hamada Y, Ogawa H, Nakao A. Mod Rheumatol. 2007;17(4):306-10.

“Novel function of TWEAK in inducing intervertebral disc degeneration.” Wako M, Haro H, Ando T, Hatsushika K, Ohba T, Iwabuchi S, Nakao A, Hamada Y. J Orthop Res. 2007 Nov;25(11):1438-46.

“Experimental studies on the effects of recombinant human matrix metalloproteinases on herniated disc tissues–how to facilitate the natural resorption process of herniated discs.” Haro H, Komori H, Kato T, Hara Y, Tagawa M, Shinomiya K, Spengler DM. J Orthop Res. 2005 Mar;23(2):412-9.

“Gemcitabine inhibits viability, growth, and metastasis of osteosarcoma cell lines.” Ando T, Ichikawa J, Okamoto A, Tasaka K, Nakao A, Hamada Y. J Orthop Res. 2005 Jul;23(4):964-9.

“Vascular endothelial growth factor (VEGF)-induced angiogenesis in herniated disc resorption.” Haro H, Kato T, Komori H, Osada M, Shinomiya K. J Orthop Res. 2002 May;20(3):409-15.

“Matrix metalloproteinase-3-dependent generation of a macrophage chemoattractant in a model of herniated disc resorption.” Haro H, Crawford HC, Fingleton B, MacDougall JR, Shinomiya K, Spengler DM, Matrisian LM. J Clin Invest. 2000 Jan;105(2):133-41.

“Matrix metalloproteinase-7-dependent release of tumor necrosis factor-alpha in a model of herniated disc resorption.” Haro H, Crawford HC, Fingleton B, Shinomiya K, Spengler DM, Matrisian LM. J Clin Invest. 2000 Jan;105(2):143-50.

“Up-regulated expression of matrilysin and neutrophil collagenase in human herniated discs.” Haro H, Shinomiya K, Murakami S, Spengler DM. J Spinal Disord. 1999 Jun;12(3):245-9.