培養細胞由来のエクソソーム様小胞が象牙質-歯髄組織の再生を促進することを明らかにした

Exosome-like vesicles derived from Hertwig's epithelial root sheath cells promote the regeneration of dentin-pulp tissue.

• Sicheng Zhang
• Yan Yang
• Sixun Jia
• Hong Chen
• Yufeng Duan
• Xuebing Li
• Shikai Wang
• Tao Wang
• Yun Lyu
• Guoqing Chen
• Weidong Tian

抄録

:象牙質パルプの形成には、ヘルツウィグ上皮根鞘細胞（HERS）と歯牙乳頭細胞（DPC）との間の複雑な上皮-間葉系相互作用が関与していることが知られています。これまでの研究では、HERSとDPCとのクロストークや象牙質パルプの形成に関与する制御分子が同定されている。本研究では、DPCsにおけるHERS分泌エキソソームの役割と象牙質パルプの形成に着目した。具体的には、エクソソーム様小胞（ELV）が HERS の機能を仲介し、歯間葉系細胞の分化を誘発するのではないかとの仮説を立てた。この仮説を検証するために、HERS 細胞株（ELVs-H1）由来の ELV が DPCs の分化誘導にどのような効果を発揮するかを評価した。ELVs-H1を投与した後のDPCの増殖、遊走、歯芽細胞分化をCCK8, transwell, ALP, ミネラル化アッセイで検出した。遺伝子およびタンパク質の発現を検出するために、リアルタイムPCRおよびウエスタンブロッティングを用いた。試験には、DPC細胞をコラーゲンゲルとELVを組み合わせたものと組み合わせないものを混合し、ラットの腎カプセル内に移植するか、ヌードマウスの皮下に移植した。ELVs-H1はDPCの遊走・増殖を促進するとともに、Wnt/β-カテニンシグナル伝達を活性化し、歯形成分化を誘導した。また、ELVs-H1は管形成や神経分化にも寄与していた。また、ELVs-H1はコラーゲンゲルに付着し、ゆっくりと放出され、DPCsによってエンドサイトー化され、細胞の生存率を高めた。ELVs-H1 と DPCs は、歯根スライスモデルにおいて、硬い組織（修復象牙質様組織）と軟らかい組織（血管や神経細胞）からなる歯髄-象牙質様組織の再生を誘発した。 我々のデータは、ELVs-H1 が歯科間葉系幹細胞の特異的な分化のための微小環境を提供するバイオミメティックツールとしての可能性を示した。また、このような小胞は上皮-間葉系のクロストークを促進する新しいメディエーターであると考えられます。これらの小胞の有用性は、歯髄-象牙質組織の再生に利用される可能性がある。

: The formation of dentin-pulp involves complex epithelial-mesenchymal interactions between Hertwig's epithelial root sheath cells (HERS) and dental papilla cells (DPCs). Earlier studies have identified some of the regulatory molecules participating in the crosstalk between HERS and DPCs and the formation of dentin-pulp. In the present study we focused on the role of HERS-secreted exosomes in DPCs and the formation of dentin-pulp. Specifically, we hypothesized that exosome-like vesicles (ELVs) might mediate the function of HERS and trigger lineage-specific differentiation of dental mesenchymal cells. To test our hypothesis, we evaluated the potential of ELVs derived from a HERS cell line (ELVs-H1) in inducing and differentiation of DPCs. : ELVs-H1 were characterized using transmission electron microscopy and dynamic light scattering. The proliferation, migration, and odontoblast differentiation of DPCs after treatment with ELVs-H1, was detected by CCK8, transwell, ALP, and mineralization assays, respectively. Real time PCR and western blotting were used to detect gene and protein expression. For studies, DPC cells were mixed with collagen gel combined with or without ELVs and transplanted into the renal capsule of rats or subcutaneously into nude mice. HE staining and immunostaining were used to verify the regeneration of dentin-pulp and expression of odontoblast differentiation markers. : ELVs-H1 promoted the migration and proliferation of DPCs and also induced odontogenic differentiation and activation of Wnt/β-catenin signaling. ELVs-H1 also contributed to tube formation and neural differentiation . In addition, ELVs-H1 attached to the collagen gel, and were slowly released and endocytosed by DPCs, enhancing cell survival. ELVs-H1 together with DPCs triggered regeneration of dental pulp-dentin like tissue comprised of hard (reparative dentin-like tissue) and soft (blood vessels and neurons) tissue, in an tooth root slice model. : Our data highlighted the potential of ELVs-H1 as biomimetic tools in providing a microenvironment for specific differentiation of dental mesenchymal stem cells. From a developmental perspective, these vesicles might be considered as novel mediators facilitating the epithelial-mesenchymal crosstalk. Their instructive potency might be exploited for the regeneration of dental pulp-dentin tissues.

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