国立研究開発法人物質・材料研究機構は4月7日、さまざまな臓器や組織の細胞になる幹細胞の骨分化に関し、ナノ（10億分の1）メートル単位の微小な金粒子を利用して制御する手がかりを得たと発表した。ヒトの骨髄から採取した幹細胞を用いた実験で、幹細胞が骨を作る細胞に分化していくのを抑制できる可能性を見出したもので、ナノ材料を再生医療に応用する道が拓けると期待している。
■カルボキシル基による修飾で分化を強く抑制
幹細胞が特定の細胞に分化するとき、細胞を取り囲む微小環境が大きく影響すると考えられている。ナノ粒子は細胞膜を通り抜けるほど微小なため、その表面に特定の化学的性質を与えれば幹細胞の分化を制御できるのではないかと注目されている。
同機構は、ナノ材料の中でも、①作りやすい②生体への毒性が低い③さまざまな化学的性質を与える化学修飾が容易―などの特徴を持つ金ナノ粒子に注目。その表面にアミノ基やカルボキシル基、水酸基をそれぞれ結合させた20nm(ナノメートル、1nmは10億分の1m)程度の金ナノ粒子を作成した。さらに、これらの金ナノ粒子を加えた培養液で骨髄から採取した間葉系幹細胞を培養する実験を試みた。
その結果、いずれの金ナノ粒子でも幹細胞が骨を作る細胞に分化した指標となる「アルカリフォスフォターゼ活性」を示し、その活性は金ナノ粒子を添加しない場合に比べると低かった。特にアミノ基やカルボキシル基で化学修飾した金ナノ粒子を使うと活性度が低く、骨細胞への分化がより強く抑制されていることが分かった。
さらに、細胞分化によって沈着する骨成分「リン酸カルシウム」も、カルボキシル基で修飾した金ナノ粒子の培養液ではほとんど検出されなかった。一方、他の金ナノ粒子ではいずれも検出され、幹細胞の分化が進行していることが示された。骨細胞への分化に関係する遺伝子の働きを解析した実験でも、カルボキシル基で修飾した金ナノ粒子では遺伝子の働きは阻害され、分化が抑制されている可能性があることが明らかになった。
これらの結果から、同機構は「カルボキシル基修飾の金ナノ粒子は、骨の石灰化を抑制する作用を持つことが分かった」とみており、今後、この成果を再生医療に応用していきたいとしている。
各種金ナノ粒子を添加してヒト間葉系幹細胞を培養し、骨分化の指標であるアルカリフォスファターゼ（ALP）染色、沈着したリン酸カルシウムのアリザリンレッド染色（ARS）を行った結果。比較のため、未修飾金ナノ粒子添加、無添加の条件でも行った。上段で紫色に染色された部分はアルカリフォスファターゼの存在領域、暗青色のドッドは金ナノ粒子の凝集体。下段のクモの巣状の赤い染色部分は、沈着したリン酸カルシウム、青紫色のドットは金ナノ粒子の凝集体。スケールバーの長さは500μm（マイクロメートル）（提供：国立研究開発法人物質・材料研究機構）
