Research Projects -
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Development of biodevices for mechanical stimulation of cells in living bone and comprehensive analysis of their mechanotransduction mechanism
Grant number：23KK0163 2023.09 - 2026.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
Grant amount：\21060000 （ Direct expense: \16200000 、 Indirect expense：\4860000 ）
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Elucidation of early bone tissue architecture by in vivo volumetric image analysis-from both sides of cells and bone matrix
Grant number：23H03114 2023.04 - 2027.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
上岡 寛, 原 徹, 中條 真奈, 伊豆 弥生
Grant amount：\18720000 （ Direct expense: \14400000 、 Indirect expense：\4320000 ）
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Elucidation of early bone tissue construction through biological volume image analysis - from both cell and bone matrix perspectives -
Grant number：23K27804 2023.04 - 2027.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
上岡 寛, 原 徹, 中條 真奈, 伊豆 弥生, 王 紫儀
Grant amount：\18720000 （ Direct expense: \14400000 、 Indirect expense：\4320000 ）
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Challenge to elucidate the mechanism of cleft palate development from gene expression analysis linked to spatial information
Grant number：22K19624 2022.06 - 2025.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
上岡 寛, 早野 暁, 大野 充昭
Grant amount：\6500000 （ Direct expense: \5000000 、 Indirect expense：\1500000 ）
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Systemic understanding about epigenetic regulatory mechanism focused on bone remodeling
Grant number：22H03297 2022.04 - 2026.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
井澤 俊, 加治屋 幹人, 早野 暁, 上岡 寛
Grant amount：\17160000 （ Direct expense: \13200000 、 Indirect expense：\3960000 ）
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後天的な顎骨形態決定の鍵となる遺伝子の同定とそれに基づく不正咬合抑制への新戦略
Grant number：22K10271 2022.04 - 2025.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
河野 加奈, 早野 暁, 山城 隆, 上岡 寛
Grant amount：\4160000 （ Direct expense: \3200000 、 Indirect expense：\960000 ）
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多元歯形状データベースに基づくAIベース歯科治療支援システムの開発
Grant number：22H03615 2022.04 - 2025.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
諸岡 健一, 上岡 寛, 宮内 翔子, 河野 加奈
Grant amount：\17550000 （ Direct expense: \13500000 、 Indirect expense：\4050000 ）
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マウス骨細管超可視化による骨細管ネットワーク構築・維持のメカニズムの解明
Grant number：22K10244 2022.04 - 2025.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
村田 有香, 犬伏 俊博, 佐々木 淳一, 山城 隆, 上岡 寛
Grant amount：\4160000 （ Direct expense: \3200000 、 Indirect expense：\960000 ）
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Analysis of dysregulated bone healing mechanisms via aryl hydrocarbon receptor by smoking and its regulation
Grant number：2022G023 2022.04 - 2025.03
公益財団法人 喫煙科学研究財団 一般研究（喫煙と内分泌・代謝） 一般研究
研究代表者, 井澤 俊, 共同研究者, 上岡 寛, 早野 暁
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Coevolution of facial formation due to changes in food and environment after the bottleneck of ethnic migration
Grant number：20H05133 2020.04 - 2022.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area) Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
上岡 寛
Grant amount：\5460000 （ Direct expense: \4200000 、 Indirect expense：\1260000 ）
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HLA genome editing of dental pulp cells for iPS cell stock.
Grant number：19K22707 2019.06 - 2022.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory) Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
手塚 建一, 上岡 寛
Grant amount：\6500000 （ Direct expense: \5000000 、 Indirect expense：\1500000 ）
【乳歯の採取と細胞単離】コロナ感染症拡大下で、新しい乳歯の獲得が困難な状況が続いた。しかし、岡山大学とは継続して、オンラインで連絡を取り合っており、再開可能になったらすぐに単離と送付を再開する予定である。
【歯髄細胞へのゲノム編集】ゲノム編集のために用いたdCas9/BE3用いた実験を繰り返しているが、目的の変異を持った細胞が得られていない。実験系の検証のために、Zinc Finger Nuclease (ZFN)を代わりに用いいたところ、再現性よくIn-Del変異によるHLA-A2の不活化が確認されたため、歯髄細胞においてはdCas9/BE3の変異導入効率がZFNと比較して著しく低いという結論に達した。
【トレーサビリティシステム開発】歯髄細胞の輸送や製造工程を記録するShizuiNetの開発は順調に進み、株式会社しずい細胞研究所を設立することができた。スイスのヘルスケア関連ブロックチェーンとパートナーシップを結び、ブロックチェーン技術開発企業との共同研究契約締結や、地元企業と協力して、クリーンルームで使用可能なバーコード読み取りデバイスのプロトタイプ作製にも成功した。これにより、実動機は、これまでに作製したものと合わせて5台になり、実際に実験室やクリーンルームに設置してのPoC実験を開始することができる。
【エクソソームを用いた歯周病治療の可能性】HLAハプロタイプホモ歯髄細胞が分泌するエクソソームによる歯周病予防効果を確認した論文がJournal of Periodontal Researchに掲載され、今後はゲノム編集を施した歯髄細胞からもエクソソームを単離して、評価することができるようになると思われる。 -
Elucidation of mechanosensor function acquisition process of osteocytes using 3D-volumetric image data
Grant number：19H03859 2019.04 - 2023.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B) Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
上岡 寛, 植田 紘貴, 早野 暁, 亀尾 佳貴, 原 徹
Grant amount：\17160000 （ Direct expense: \13200000 、 Indirect expense：\3960000 ）
本年度は、骨細管内の構造解析から得られた流体-構造連成解析を進めて流体応力が骨細胞の表面にどのように変形を与えているかを、共同研究者である亀尾佳貴先生を中心としたグループが国際誌Biomechanics and Modeling in Mechanobiologyに発表した。本研究では、骨細管壁と骨細胞突起を結ぶテザリングエレメントが骨細管内を流れる体液の移動で引っ張られ、細胞突起に付着する膜部位で10％を超える細胞膜変形を生じることが確認できた。この変形はメカニカルストレスにより細胞内カルシウム上昇などを生じるには十分な細胞膜変形量であることから、これら細胞突起周辺の微細構造が骨細胞の細胞突起をメカノセンサーとして重要な役割を果たしていることが示唆された。また、新たにFIB-SEM(Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy)で取得した高解像度連続断層写真を用いて、これまでより広域の細胞突起の3次元形態解析を行った。得られた断層画像から細胞突起、骨細管壁を自動抽出するために機械学習を初めて応用することができた。結果、DSC(dice similarity coefficient)は、83%となり、人が手動で抽出する同等の程度まで精度を上げることができた。これにより抽出した3次元画像から形態計測を行い骨細管の微細構造を数値化することにも成功した。以上の結果をJournal of Bone and Mineral Metabolismに報告した。また、これまでの研究の成果を第80回日本矯正歯科学会学術大会で行われた日本学術会議歯学委員会臨床系歯学分科会主催の公開シンポジウム「進化・発生・メカニカルストレスから探る顎顔面形成・維持機構最先端」でシンポジストとして発表した。
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Elucidation of the complex promoting mechanism of bone formation and cognitive function using bio-multimodal analysis
Grant number：19K10405 2019.04 - 2022.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Ueda Hirotaka
Grant amount：\4290000 （ Direct expense: \3300000 、 Indirect expense：\990000 ）
To develop and apply the findings that vagus nerve stimulation promotes the secretory function of salivary glands and to clarify the effects of parasympathetic electrical stimulation of the autonomic nervous system on tissue blood flow in the salivary glands, masseter muscle, and mandibular periosteum in the oral and maxillary region, we performed vagus nerve stimulation in rodents. The results showed a close relationship between salivary gland tissue blood flow and salivation induced by vagus nerve stimulation, suggesting the existence of a muscarinic receptor-mediated control mechanism of tissue blood flow. Furthermore, the results suggest that vagus nerve stimulation affects tissue blood flow in the periosteum. Further studies are needed to elucidate the mechanism by which vagus nerve stimulation produces ischemia in the masseter muscle and its physiological significance in influencing tissue blood flow in the mandibular periosteum.
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Regulation of tooth movement-initiated mechanotransduction via osteocytic bone remodeling
Grant number：17H04413 2017.04 - 2021.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
ISHIHARA Yoshihito
Grant amount：\16770000 （ Direct expense: \12900000 、 Indirect expense：\3870000 ）
Orthodontic tooth movement (OTM) is achieved by the remodeling of the periodontal ligament (PDL) and alveolar bone in response to balanced mechanical loading. We investigated the regulatory dynamics of the SOST/Scl expression generated by orthodontic tooth movement (OTM) in vivo and in vitro. Our results provide evidence to support that factors secreted by the PDL, including SOST/Sclerostin, control alveolar bone remodeling through osteocytic SOST/Sclerostin in OTM. In addition, our findings suggest that augmented mechanical stress-mediated Ca2+ oscillations in PDL enhance the production and release of bone regulatory signals.
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A Novel Method to Detect 3D Mandibular Changes Related to Soft-Diet Feeding
Grant number：17K17325 2017.04 - 2019.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B) Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
KONO Kana, TANIKAWA Chihiro, YAMASHIRO Takashi, KAMIOKA Hiroshi
Grant amount：\4030000 （ Direct expense: \3100000 、 Indirect expense：\930000 ）
Soft-diet feeding is a widely-used experimental model for studying the association between the skeletal morphology and muscle-related loading on the bone. Traditionally, these studies have been based on two-dimensional (2D) radiographs in the lateral view. However, 2D observation cannot detect three-dimensional (3D) changes in detail. Therefore, we have newly developed and reported a modified surface-based analysis using micro-3D computed tomography (CT) to examine and detect 3D changes of the mandible associated with soft diet feeding.
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Grant number：17K17323 2017.04 - 2019.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B) Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Hayano Satoru, SHIMADA Akira, SAITO Megumu, KAMIOKA Hiroshi, KAWANABE Noriaki, Fukui Yuko
Grant amount：\4030000 （ Direct expense: \3100000 、 Indirect expense：\930000 ）
In this study, we focused on Diamond-Blackfan anemia (DBA), which is characterized by red blood cell aplasia and craniofacial defects. iPS cells derived from DBA patient was used in this study. Our current study indicates that craniofacial defect is caused by activation of p53-mediated cell death pathway which is induced by interaction between ribosomal proteins and MDM2.
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口蓋裂患者における鼻咽腔閉鎖率分析-VPIに対する治療基準の確立を目指して-
Grant number：17K11937 2017.04 - 2018.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C) 基盤研究(C)
村上 隆, 飯田 征二, 片岡 伴記, 上岡 寛
Grant amount：\4550000 （ Direct expense: \3500000 、 Indirect expense：\1050000 ）
期間中に来院した口蓋裂患者の中から本研究の目的を理解し賛同する者を被験者とするため、被験者のリストの作成を図った（但し、未成年で保護者の同意が得られない者、発達障害を有する者、多動性障害を有する者、MRI 撮像により障害を被る可能性のある者、言語評価が得られない者、従来の鼻咽腔閉鎖機能の評価が行えない者は除外する）。
データ採得を行う時期として、口唇裂・口蓋裂総合治療センターで通常診療時、音声言語評
価および鼻咽腔閉鎖機能を評価する時期と設定した（不必要な検査を行うことはない）。すなわち、データ採得時期は初診時、治療前、（軟口蓋挙上装置の使用の場合治療中も）、および治療後とした。鼻咽腔形態の撮像に際しては、被験者に仰臥位で、設定した専用プロトコルに従い発声を指示し、60 秒間MRI movie を撮像するため、撮像装置としてMRI（3.0T Magnetom Verio, Siemens, Erlangen, Germany）を用い、Gradient Echo sequence により撮影を行うよう研究プロトコルを検討した。音声言語の評価としては、現在日本で広く実施されている2 種類の聴覚判定法（遠城寺式・乳幼児分析発達検査表（九州大学小児歯科改訂版）、新版発音検査（千葉テストセンター））を用いて岡山大学病院口唇裂・口蓋裂総合治療センター検査室にて評価した。そして、鼻咽腔閉鎖機能の評価には、従来より定量可能な検査法であるセファログラムとナゾメータ検査を行うこととした。そのため、ナゾメータを新たに購入し、検査体制を整えた。 -
Roles of CCN2 and Rab14 in the formation of extracellular matrix
Grant number：16K11786 2016.04 - 2019.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C) Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Hoshijima Mitsuhiro
Grant amount：\4810000 （ Direct expense: \3700000 、 Indirect expense：\1110000 ）
CCN2 and Rab14 strongly expressed in bone, cartilage and lung. To elucidate the roles of CCN2 and Rab14 in osteocyte maturation, we investigated the different expression of osteocyte-related genes between young osteocytes and developmentally mature osteocytes using 3D-cultured MLO-Y4 cells. As the results, in the mature MLO-Y4 cells, rab14, ccn2, col1a1, OCN, c-Fos, Cx43 and Panx3 mRNA expression were significantly increased in comparison with young cells. Furthermore, in the present study, we showed for the first time that intracellular Ca2+ levels were significantly increased in developmentally mature osteocytes in comparison with young osteocytes by flow-induced mechanical stress.
These findings show that the CCN2 and Rab14 plays an important role in the formation of extracellular matrix, and the intracellular Ca2+ responses in a 3D cellular network in osteocyte. -
Analysis of the new role of a collagen network for the morphogenesis during the bone modeling
Grant number：16H05549 2016.04 - 2019.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B) Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
KAMIOKA HIROSHI, ADACHI Taiji, JAGER Edwin
Grant amount：\17160000 （ Direct expense: \13200000 、 Indirect expense：\3960000 ）
We performed three-dimensional construction of collagen fibers in the osteogenic phase by using FIB-SEM. Furthermore, since this analysis extends to a cubic region of 25 micrometers per side, it was possible to capture a cellular network containing multiple osteocytes simultaneously. From these observations, processes extending from the osteoblasts to the matrix side have a certain regularity so as to avoid bundled collagen fibers. Furthermore, the bones pretreated with BAPN, which inhibits collagen fiber aggregation, cell processes extending from osteoblasts have no specific orientation. Thus, it has been revealed that changing the nature of bone matrix affects osteocyte network formation.
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The involvement of cell polarity in trabecular formation
Grant number：16K15837 2016.04 - 2018.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
KAMIOKA HIROSHI
Grant amount：\3510000 （ Direct expense: \2700000 、 Indirect expense：\810000 ）
A knockdown experiment of Nesprin - 1 using siRNA for osteoblast cell line Saos 2 was performed. By introducing Si - Nesprin 1, it was confirmed by immunofluorescence that nuclear localization of Nesprin decreased. Furthermore, it was confirmed that si-Nesprin 1 suppresses expression at the protein level by the Western blotting method. Therefore, it was confirmed that si-Nesprin 1 was introduced into Saos 2 cells.
Next, culture experiments of knockdown cells using uneven surface structures were performed. As a result, there was no significant difference between the two in the arrangement of the cells. Next, in order to examine the change of Saos 2 in cell polarity in mechanical stress, cell extension experiment with flexer cell unit was performed. However, in Saos 2, no change in polarity to mechanical stress was observed, so Nesprin's involvement was not considered.