変形性膝関節症のヒト膝内側メニスカスの根元細胞と角細胞の細胞特性と機械的ストレスへの応答の違い

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J Orthop Sci.2020 Mar;S0949-2658(20)30067-1. doi: 10.1016/j.jos.2020.02.015.Epub 2020-03-26.

変形性膝関節症のヒト膝内側メニスカスの根元細胞と角細胞の細胞特性と機械的ストレスへの応答の違い

Differences between the root and horn cells of the human medial meniscus from the osteoarthritic knee in cellular characteristics and responses to mechanical stress.

Yuki Okazaki
Takayuki Furumatsu
Yusuke Kamatsuki
Keiichiro Nishida
Yoshihisa Nasu
Ryuichi Nakahara
Taichi Saito
Toshifumi Ozaki

PMID: 32223991 DOI: 10.1016/j.jos.2020.02.015.

抄録

背景:

変形性膝関節症患者では内側メニスカス後根付着部が断裂することが多いため、多くの組織学的、力学的、臨床的研究が行われてきた。内側メニスカス後根付着部の修復は臨床的に推奨されているが、これまでにメニスカス後根付着部とホルン細胞の違いを検討した研究はなかった。そこで、本研究の目的は、内側半月板根と角細胞の形態、周期的な引張ひずみに対する反応、遺伝子発現レベルを調査することであった。

BACKGROUND: Many histological, mechanical, and clinical studies have been performed on the medial meniscus posterior root attachment, as it often tears in patients with osteoarthritic knee. Medial meniscal root repair is recommended in clinical situations; however, to date, no studies have examined the differences between meniscal root and horn cells. The aim of this study was, therefore, to investigate the morphology, reaction to cyclic tensile strain, and gene expression levels of medial meniscal root and horn cells.

方法:

変形性膝関節症患者10名の膝内側コンパートメントからメニスカルサンプルを採取した。根細胞と角細胞は、酵素を添加しないダルベッコ修正イーグル培地で培養した。周期的引張ひずみ処理後に、内側メニスカル根および角細胞の形態、分布、および増殖、ならびにSry型HMGボックス9およびII型コラーゲンの遺伝子およびタンパク質発現レベルを測定した。

METHODS: Meniscal samples were obtained from the medial knee compartments of 10 patients with osteoarthritis who underwent total knee arthroplasty. Root and horn cells were cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium without enzymes. The morphology, distribution, and proliferation of medial meniscal root and horn cells, as well as the gene and protein expression levels of Sry-type HMG box 9 and type II collagen, were determined after cyclic tensile strain treatment.

結果:

角細胞は三角形の形態をしていたが、根の細胞は線維芽細胞様であった。Sry型HMGボックス9とII型コラーゲンに陽性の角細胞の数は、根細胞よりもかなり多かった。根細胞と角細胞は、４８、７２、または９６ｈの培養後に同程度の増殖を示したが、５％および１０％の環状引張を２ｈ処理した後には、根細胞よりも多くの角細胞が失われた。Sry型HMGボックス9およびα1(II)コラーゲンmRNAの発現レベルは、2-および4-hの環状引張ひずみ(5%)処理後の両方の細胞で有意に増強された。

RESULTS: Horn cells had a triangular morphology, whereas root cells were fibroblast-like. The number of horn cells positive for Sry-type HMG box 9 and type II collagen was considerably higher than that of root cells. Although root and horn cells showed similar levels of proliferation after 48, 72, or 96 h of culture, more horn cells than root cells were lost following a 2-h treatment with 5% and 10% cyclic tensile. Sry-type HMG box 9 and α1(II) collagen mRNA expression levels were significantly enhanced in both cells after 2- and 4-h cyclic tensile strain (5%) treatment.

結論:

メニスカル根の内側と角細胞は、異なる形態、機械的ストレスに対する反応、細胞表現型を持っている。我々の結果は、生理学的な引張ひずみが角細胞の細胞外マトリックス産生を活性化するために重要であることを示唆している。

CONCLUSIONS: Medial meniscal root and horn cells have distinct morphologies, reactions to mechanical stress, and cellular phenotypes. Our results suggest that physiological tensile strain is important to activate extracellular matrix production in horn cells.