Functional degradation mechanism of lubrication mechanism of articular cartilage based on joint instability

• Project/Area Number: 20K19417
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Saitama Prefectural University
• Principal Investigator: Murata Kenji 埼玉県立大学, 保健医療福祉学部, 助教 (30792056)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 変形性膝関節症 / 関節不安定性 / ヒアルロン酸 / 関節軟骨 / 軟骨細胞 / メカニカルストレス / 細胞膜機械受容イオンチャネル / ルブリシン

Outline of Research at the Start

運動が軟骨代謝制御において重要な役割を果たしていることは明らかであるが、運動強度や運動量ではなく、関節の安定性・不安定性という「運動の質」に着目した新たな視点の研究である。関節内に生じている関節不安定性がメカニカルストレスとして探知され、分子生物学的情報に変換されるメカノトランスダクションが生じていることを証明し、再生医療等におけるリハビリテーション指針の一助となることを目指す

Outline of Final Research Achievements

Joint instability is associated with various joint conditions, including osteoarthritis (OA) and inflammation, and we developed a model that determines the role of knee instability. The present study showed that joint instability exacerbated articular cartilage degeneration and decreased HA and GAGs protein expression in the synovial membrane . Stable joints are pivotal for synovial membrane and cartilage stability. Moreover, synovitis induced by joint instability can be inhibited by using a TGF-β1 inhibitor. Our results also showed that the effects of TGF-β1 inhibitors on joints may suppress synovial inflammation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

身体にとって、”硬いが悪い”というわけではなく、適切な硬さが我々の関節には求められる機能である。この適切な硬さが靭帯の損傷やホルモンバランス、加齢によって保てなくなった場合、関節には炎症や疼痛などのネガティブな影響が出現する可能性がある。そのような場合、膝関節の不安定を抑制するために装具療法が効果を発揮することも、我々のシステマティックレビューから明らかにしている。
現在、これまでの成果をもとに、ヒトの軟骨変性過程に類似する新たな変形性膝関節症モデルを作成している。このモデルの軟骨組織のシークエンス解析を進めており、軟骨組織に対する機械的ストレスの影響をより具体的に示すことを目標としている。

Research Products

• [Journal Article] Effects of exercise therapy on joint instability in patients with osteoarthritis of the knee: A systematic review (2020)
  • Author(s): Kawabata S., Murata K., Nakao K., Sonoo M., Morishita Y., Oka Y., Kubota K., Kuroo A., Kita S., Nakagaki S., Arakawa K., Kokubun T., Kanemura N.
  • Journal Title: Osteoarthritis and Cartilage Open Volume: 4 Issue: 4 Pages: 100114-100114
  • DOI: 10.1016/j.ocarto.2020.100114
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Excessive mechanical stress enhances mechanical stress sensitivity of cartilage through the mechanosensitive ion channel PIEZO2 (2023)
  • Author(s): Sora Kawabata, Takuma Kojima, Kazuki Takeshita, Hidenobu Terada, Chiharu Takasu, Naohiko Kanemura, Kenji Murata
  • Organizer: Osteoarthritis Research Society International 2023 World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A novel model that increases mechanical stress on articular cartilage without invasiveness into the joint (2023)
  • Author(s): Sora Kawabata, Takuma Kojima, Hidenobu Terada, Chiharu Takasu, Naohiko Kanemura, Kenji Murata
  • Organizer: Osteoarthritis Research Society International 2023 World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Roles of piezo2 channel for stretch response in chondrocytes (2023)
  • Author(s): Kenji Murata, Takuma Kojima, Sora Kawabata, Kenta Sone, Yuichiro Oka, Chiharu Takasu, Hidenobu Terada, Naohiko Kanemur
  • Organizer: Osteoarthritis Research Society International 2023 World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 変形性膝関節症患者における関節不安定性に寄与する身体的特徴 (2022)
  • Author(s): 川端空, 藤原秀平, 喜多俊介, 加納拓馬, 山際美紀, 熊谷雄基, 松本拓也, 片桐将, 萩台保之, 庄野仁美, 小泉弘明, 村田健児
  • Organizer: 第30回埼玉県理学療法学会, 埼玉
• [Presentation] 変形性膝関節症患者における股関節・足関節の関節可動域の調査 (2022)
  • Author(s): 藤原秀平, 喜多俊介, 加納拓馬, 山際美紀, 熊谷雄基, 松本拓也, 片桐将, 萩台保之, 庄野仁美, 川端空, 小泉弘明, 村田健児
  • Organizer: 第30回埼玉県理学療法学会, 埼玉
• [Presentation] 装具療法が変形性膝関節症患者の関節不安定性に及ぼす影響-システマティック・レビューによる検討- (2022)
  • Author(s): 榊田拓真, 喜多俊介, 川端空, 村田健児
  • Organizer: 第30回埼玉県理学療法学会, 埼玉
• [Presentation] Suppression of tibia anterior instability after anterior cruciate ligament injury prevents muscular atrophy factors (2022)
  • Author(s): Kenji Murata, Yuuichiro Oka,Takuma Kano, Takanori Kokubun, Naohiko Kanemura
  • Organizer: Orthopaedic Research Society (ORS) Annual Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 関節不安定性の制動における滑膜の炎症性サイトカインを抑制効果について (2021)
  • Author(s): 村田健児, 岡優一郎, 加納拓馬, 森下佑里, 黒尾彩, 荒川航平, 中垣澄香, 小曽根海知, 峯岸雄基, 国分貴徳, 金村尚彦
  • Organizer: 第29回埼玉県理学療法学会
• [Presentation] 変形性膝関節症患者の関節不安定性に着目した運動療法の効果-システマティック・レビューによる検討 (2021)
  • Author(s): 川端空, 中尾幸暉, 村田健児, 森下佑里, 園尾萌香, 喜多俊 介, 久保田圭介, 岡優一郎, 黒尾彩, 金村尚彦,国分貴徳
  • Organizer: 第29回埼玉県理学療法学会
• [Presentation] Controlling joint instability after anterior cruciate ligament transection inhibits the transforming growth factor-beta-mediated osteophyte formation (2020)
  • Author(s): K Murata, Y OKa, K Onitsuka, T Kokubun, A Nakajima, K Arakawa, S Nakagaki, N Kenamura
  • Organizer: Osteoarthritis Research Society International 2020 World Congress
  • Int'l Joint Research