線維芽細胞-脂肪細胞系細胞相互作用による細胞外マトリックス蛋白質の差異生成
学術的背景
瘢痕形成は、外傷、火傷、その他の合併症後の一般的な問題であり、世界中の数百万人の生活の質に深刻な影響を与えています。線維芽細胞（fibroblasts）は病理的な瘢痕形成において中心的な役割を果たすため、治癒を促進し瘢痕を軽減するための新たな治療法の開発目標となっています。近年の研究では、脂肪細胞系列細胞（adipocyte lineage cells）も創傷治癒プロセスにおいて重要な役割を果たすことが示されています。臨床報告によると、自家脂肪マイクログラフト（autologous adipose micrografts）を手術部位に配置することで、既存の瘢痕の外観と柔軟性が改善されることが確認されています。しかし、脂肪移植片中の細胞タイプと創傷治癒におけるその具体的な作用機序はまだ不明です。そのため、本研究では、脂肪細胞系列細胞と線維芽細胞の相互作用、およびこれらの相互作用が細胞外マトリックス（extracellular matrix, ECM）タンパク質の産生にどのように影響するかを探ることを目的としています。
論文の出典
この研究は、Edward A. Sander、Mariam Y. El-Hattab、Kathryn R. Jacobson、Aloysius J. Klingelhutz、James A. Ankrum、およびSarah Calveによって共同で行われました。研究チームは、University of Iowa、University of Colorado Boulder、およびUniversity of Iowa Carver College of Medicineに所属しています。この論文は2024年10月29日にCellular and Molecular Bioengineering誌にオンライン掲載されました。
研究の流れ
1. 細胞培養とスフェロイド形成
研究ではまず、TERTで不死化した正常ヒト皮膚線維芽細胞（human dermal fibroblasts）と脂肪幹細胞（adipose-derived stem cells, ADSCs）を培養しました。線維芽細胞とADSCsは、それぞれドロップ法とハンギングドロップ法を用いてスフェロイド（spheroids）を形成しました。ADSCsスフェロイドはさらに前脂肪細胞（pre-adipocytes）と成熟脂肪細胞（adipocytes）に分化させました。
2. フィブリンゲル形成とスフェロイド共培養
研究では、ウシフィブリノーゲン（bovine fibrinogen）とトロンビン（thrombin）を使用してフィブリンゲル（fibrin gels）を調製し、線維芽細胞、前脂肪細胞、および脂肪細胞スフェロイドをペアで共培養しました。共培養システムは、タイムラプスイメージング（time-lapse imaging）を用いて細胞の移動とコラーゲン沈着（collagen deposition）を観察しました。
3. 蛍光標識と顕微鏡イメージング
共培養前に、細胞をAlexa Fluor 647で標識した小麦胚芽レクチン（wheat germ agglutinin, WGA）またはCellTracker Redで標識しました。コラーゲン沈着は、CNA35で標識した蛍光タンパク質を用いて可視化しました。共培養システムは、Nikon Ti-E2 A1共焦点顕微鏡下で7日間連続撮影されました。
4. プロテオミクス解析
研究では、液相クロマトグラフィー-タンデム質量分析（liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS）を用いて、異なるスフェロイド組み合わせによって産生されるECMタンパク質を分析しました。タンパク質データは、MaxQuantソフトウェアで解析され、Gene OntologyとMatrisome Projectに基づいて分類されました。
主な結果
1. コラーゲン沈着の観察
研究では、線維芽細胞スフェロイドがフィブリンゲル上を移動し、コラーゲンを沈着させることが確認されました。コラーゲン沈着は、スフェロイド間で整列した繊維領域に集中していました。脂肪細胞スフェロイドと線維芽細胞を共培養した場合、コラーゲン沈着は脂肪細胞スフェロイドの周囲でより顕著でした。
2. ECMタンパク質の差異産生
LC-MS/MS分析により、異なるスフェロイド組み合わせによって産生されるECMタンパク質の組成が大きく異なることが明らかになりました。線維芽細胞と前脂肪細胞の共培養（FP）では最も多くのコラーゲンが産生され、次いで脂肪細胞と脂肪細胞の共培養（AA）が続きました。線維芽細胞と線維芽細胞の共培養（FF）では、最も少ないコラーゲンが産生されました。
3. 基底膜タンパク質の差異
脂肪細胞スフェロイド（AA）は、最も多様な基底膜タンパク質（basement membrane proteins）を産生しましたが、脂肪細胞と線維芽細胞（FA）または前脂肪細胞（PA）を共培養すると、特定の基底膜タンパク質の発現が低下しました。
結論
研究結果から、脂肪細胞系列細胞と線維芽細胞の相互作用がECMタンパク質の産生と組成に大きな影響を与えることが明らかになりました。特に、前脂肪細胞と線維芽細胞の共培養はコラーゲン産生を著しく増加させ、一方で脂肪細胞と線維芽細胞の共培養は特定の基底膜タンパク質の発現を抑制することが示されました。これらの発見は、脂肪組織に基づく治療戦略の開発に新たな視点を提供し、創傷治癒の改善と瘢痕形成の軽減に役立つ可能性があります。
研究のハイライト
- 重要な発見：脂肪細胞系列細胞と線維芽細胞の相互作用がECMタンパク質の産生に大きな影響を与え、特に前脂肪細胞と線維芽細胞の共培養がコラーゲン沈着を著しく増加させることが明らかになりました。
- 方法の革新：研究では、3Dスフェロイド共培養システムとタイムラプスイメージング技術を組み合わせ、LC-MS/MS分析を行うことで、細胞間相互作用がECMタンパク質組成に及ぼす影響を包括的に明らかにしました。
- 応用価値：研究結果は、脂肪組織に基づく治療戦略の開発に科学的根拠を提供し、創傷治癒の改善と瘢痕形成の軽減に役立つ可能性があります。
その他の有用な情報
研究ではまた、脂肪細胞スフェロイドがフィブリンゲル上でより高い安定性を示し、細胞の移動が少ないことが明らかになりました。これは、脂肪細胞スフェロイドが産生する基底膜タンパク質に関連している可能性があります。さらに、研究では、異なるコラーゲンタイプ（I型、III型、VI型コラーゲン）が創傷治癒において果たす潜在的な役割も明らかにされました。
この研究は、体系的な実験設計と先進的な分析技術を用いて、脂肪細胞系列細胞と線維芽細胞の相互作用およびそれらがECMタンパク質産生に及ぼす影響を深