グルココルチコイド誘発骨粗鬆症ラットにおける骨髄間葉系幹細胞由来細胞外小胞の歯槽骨構造に対する生物学的効果について

Biological effect of bone marrow mesenchymal stem cell- derived extracellular vesicles on the structure of alveolar bone in rats with glucocorticoid-induced osteoporosis.

抄録

背景:

グルココルチコイドは自己免疫疾患の治療に使用されるが、骨粗鬆症などの副作用を引き起こすことがある。グルココルチコイドによる骨粗鬆症の治療には、幹細胞の使用を含むいくつかのアプローチが可能である。しかし、間葉系幹細胞の治療効果は、細胞外小胞を含む放出因子に依存する。細胞外小胞は、多くの生理的プロセスに関与することから、細胞間コミュニケーションの重要なメディエーターとして認識されている。本研究では、グルココルチコイド誘発骨粗鬆症ラットの歯槽骨の構造に及ぼす骨髄間葉系幹細胞由来の細胞外小胞の影響を調査することを目的とした。

BACKGROUND: Glucocorticoids are used for the treatment of autoimmune disorders; however, they can elicit several side effects such as osteoporosis. Several approaches can be made to treat glucocorticoid-induced osteoporosis, including the use of stem cells. However, the therapeutic effect of mesenchymal stem cells depends on its released factors, including extracellular vesicles. Extracellular vesicles have been recognized as important mediators of intercellular communication as they participate in many physiological processes. The present study was designed to investigate the effect of bone marrow mesenchymal stem cells derived extracellular vesicles on the structure of alveolar bone in rats with glucocorticoid-induced osteoporosis.

方法:

30匹のアルビノ雄成虫ラットを、対照群（CG）、グルココルチコイド誘発性骨粗鬆症（GOG）、細胞外ベシクル投与群（ExTG）の3群に分けた。GOG群およびExTG群のラットに、酢酸メチルプレドニゾロン（40mg/kg）を週3回、早朝に大腿四頭筋に3週間筋肉内注射した。その後、GOG群のラットにはビヒクル注射（PBS）を1回、ExTG群の各ラットには細胞外ベシクル（400μg/kgを0.2ml PBSに懸濁）を尾静脈注射で1回投与した。ラットは注射から1ヶ月後に安楽死させた。大顎を解剖し、臼歯部を組織学的準備、走査型電子顕微鏡（SEM）、エネルギー分散型X線（EDX）用に準備した。

METHODS: Thirty adult albino male rats were divided into 3 groups: control group (CG), glucocorticoid-induced osteoporosis (GOG) and extracellular vesicles treated group (ExTG). Rats in the GOG and ExTG groups were injected with methylprednisolone acetate (40 mg/kg) intramuscularly in the quadriceps muscle 3 times per week for three weeks in the early morning. Afterwards, the rats in GOG group received a single vehicle injection (PBS) while each rat in the ExTG group received a single injection of extracellular vesicles (400 μg/kg suspended in 0.2 ml PBS) in the tail vein. Rats were euthanized 1 month after injection. Mandibles were dissected and the molar segments were prepared for histological preparation, scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive x-ray (EDX).

結果:

組織学的および走査型電子顕微鏡による骨組織の観察では、GOG群では歯槽骨の減少と骨吸収が見られたが、ExTG群では歯槽骨は正常な骨構造を示していた。EDXでは、GOG群のカルシウム率はExTG群より低かったが、対照群との統計的有意差はなかった。

RESULTS: Histology and scanning electron microscopyof bone tissue showed alveolar bone loss and bone resorption in the GOG group. while in the ExTG group, alveolar bone demostrated normal bone architecture. EDX showed that calcium percentage in GOG group was lower than ExTG group,which showed no statistically significant difference from the control group.

結論:

細胞外ベシクルは、骨疾患の治療や骨再生において有望な治療手段となり得る。しかし、細胞外ベシクルが骨疾患の治療に使用できると断言する前に、特にヒトに置き換えた場合、さらなる研究が必要である。

CONCLUSIONS: Extracellular vesicles may be a promising treatment modality in the treatment of bone diseases and in bone regeneration. However, further research is needed before stating that extracellular vesicles s can be used to treat bone disorders especially when translating to humans.