BMP7 を導入した間葉系幹細胞のリガチャー誘発歯周炎における再生能

Regenerative potential of BMP7-engineered mesenchymal stem cells in ligature-induced periodontitis.

抄録

歯周炎は、細菌感染によって引き起こされる口腔疾患で、組織破壊の程度によって段階がある。歯周炎が進行すると、軟組織と硬組織の不可逆的な破壊が起こり、最終的には歯を失うことになります。従来の治療法では効果が不十分な場合、進行した歯周炎患者には組織再生療法が必要となる。本研究では、骨髄由来間葉系幹細胞（BM-MSC）に骨形成タンパク質7（BMP-7）を導入し、歯周炎モデルにおける組織再生に及ぼす効果を検討することを目的とした。BMP-7は骨形成能を示すBMPファミリーの一種であるが、BMPのクリアランスと分解が早く、有効性が証明されていないため、歯科臨床への応用が困難である。そこで、BMP-7を発現する人工BM-MSCs（BMP7-eBMSCs）を樹立し、二相性リン酸カルシウム足場を用いて免疫不全マウスに皮下移植したところ、優れた骨形成分化能が確認されました。さらに、BMP7-eBMSCの移植による歯周組織再生の有効性を、ラットの結紮糸誘発歯周炎モデルで評価した。マイクロCTを用いて再生した歯槽骨の2次元および3次元量を測定したところ、BMP7-eBMSC移植群はeBMSC移植群に比べ有意に高い再生量が確認されました。最も重要なことは、BMP7-eBMSC移植により線維性歯根膜組織の再生も達成されたことであり、これは修正相対結合組織付着量を算出することで評価された。BMP7-eBMSC移植群の結合組織付着量は、BMP7-eBMSC移植群とヒト歯根膜幹細胞移植群の間で同程度であったが、靭帯誘導性歯周炎群のそれよりも有意に高い値を示していた。以上のことから，BMP-7 の持続的な放出が歯周組織再生を誘導すること，BMP7-eBMSC の移植が歯周組織再生の治療選択肢として可能であることが示唆された．

Periodontitis is an oral disease caused by a bacterial infection that has stages according to the severity of tissue destruction. The advanced stage of periodontitis presents irreversible destruction of soft and hard tissues, which finally results in the loss of teeth. When conventional treatment modalities show limited results, tissue regeneration therapy is required in patients with advanced periodontitis. In the present study, we aimed to evaluate the effect of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) delivering bone morphogenetic protein 7 (BMP-7) on tissue regeneration in a periodontitis model. BMP-7 is a member of the BMP family that shows bone-forming ability; however, BMP's rapid clearing and degradation and unproven efficacy make it difficult to apply it in clinical dentistry. To overcome this, we established BMP-7-expressing engineered BM-MSCs (BMP7-eBMSCs) that showed superior osteogenic differentiation potential when subcutaneously transplanted with a biphasic calcium phosphate scaffold into immunocompromised mice. Furthermore, the efficacy of BMP7-eBMSC transplantation for periodontal tissue regeneration was evaluated in a rat ligature-induced periodontitis model. Upon measuring 2D and 3D amounts of regenerated alveolar bone using micro-computed tomography, the amounts were found to be significantly higher in the BMP7-eBMSC transplantation group than in the eBMSC transplantation group. Most importantly, fibrous periodontal ligament tissue regeneration was also achieved upon BMP7-eBMSC transplantation, which was evaluated by calculating the modified relative connective tissue attachment. The amount of connective tissue attachment in the BMP7-eBMSC transplantation group was significantly higher than that in the ligature-induced periodontitis group, although the increase was comparable between the BMP7-eBMSC and human periodontal ligament stem cell transplantation groups. Taken together, our results suggested that the sustainable release of BMP-7 induces periodontal tissue regeneration and that transplantation of BMP7-eBMSCs is a feasible treatment option for periodontal regeneration.