Regulation system of differentiation from mesenchymal stem cells to bone, vascular, and fatty tissues by mechanical loading and unloading

• Project/Area Number: 22390295
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: SAKAI Akinori 産業医科大学, 医学部, 教授 (90248576)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2012: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2011: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2010: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 荷重 / 非荷重 / 骨芽細胞 / 血管内皮細胞 / 脂肪細胞 / 未分化間葉系幹細胞 / 骨髄細胞 / 副甲状腺ホルモン受容体 / 海綿骨 / 皮質骨 / p21 / PTH/PTHrP受容体 / アルデヒド脱水素酵素 / 骨膜 / 副甲状腺ホルモン / CFU-f / オイルレッドO / 骨形成 / CD38 / CD31 / 間葉系幹細胞 / wnt / PECAM-1

Research Abstract

We performed studies using exercise loading mice and unloading mice due to tail suspension. We demonstrated that the signal through PTH/PTHrP receptors promoted osteogenic differentiation and suppressed adipogenic differentiation from mesenchyman stem cells under loading condition. This signal is necessary for promotion of periosteal bone formation and enlargement of cross-sectional cortical shell. The expressions of CD31 and its receptor CD38 decreased after unloading and recovered to the normal loading levels after reloading. Co-culture experiments of osteoblasts and CD38 positive cells revealed that vascular endothelial factors are necessary for osteogenic differentiation.

Research Products

• [Journal Article] 骨粗鬆症患者において他のビスホスホネート製剤からミノドロン酸水和物月1回製剤へ変更後の腰椎骨密度増加に関連する背景因子の検討 (2014)
  • Author(s): 酒井昭典、ほか
  • Journal Title: Osteoporosis Japan Volume: 22 Pages: 102-103
• [Journal Article] A comparative study of the effects of daily minodronate and weekly alendronate on upper gastrointestinal symptoms, bone resorption, and back pain in postmenopausal osteoporosis patients. (2013)
  • Author(s): Yoshioka T, Sakai A, et al.
  • Journal Title: J Bone Miner Metab Volume: 31 Issue: 2 Pages: 153-160
  • DOI: 10.1007/s00774-012-0393-x
  • NAID: 10031168850
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Why not use your own body weight to prevent falls? A randomized, controlled trial of balance therapy to prevent falls and fractures forelderly people who can stand on one leg for <15 s. (2013)
  • Author(s): Sakamoto K, Sakai A, et al.
  • Journal Title: J Orthop Sci Volume: 18 Issue: 1 Pages: 110-120
  • DOI: 10.1007/s00776-012-0328-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disruption of aldehyde dehydrogenase 2 gene results in altered cortical bone structure and ibcreased cortical bone mineral density in the femoral diaphysis of mice. (2013)
  • Author(s): Tsuchiya T, Nakamura T, et al.
  • Journal Title: Bone Volume: 53 Issue: 2 Pages: 358-368
  • DOI: 10.1016/j.bone.2012.12.049
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolation and characterization of human mesenchymal stem cells derived from shoulder tissues involved in rotator cuff tears. (2013)
  • Author(s): Utsunomiya H, Nakamura T, et al.
  • Journal Title: Am J Sports Med Volume: 41 Issue: 3 Pages: 657-668
  • DOI: 10.1177/0363546512473269
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] メカニカルストレスとWntシグナル (2013)
  • Author(s): 酒井昭典、ほか
  • Journal Title: Clinical Calcium Volume: 23 Pages: 53-59
• [Journal Article] ビスホスホネート製剤の現況 (2013)
  • Author(s): 酒井昭典、ほか
  • Journal Title: 医薬ジャーナル Volume: 49 Pages: 873-878
• [Journal Article] テリパラチド (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: Rheumatology Clinical Research Volume: 2 Pages: 59-62
• [Journal Article] ビスホスホネート月1回製剤をめぐって (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: Clinic Magazine Volume: 531 Pages: 20-22
• [Journal Article] 骨粗鬆症の骨量減少防止とカルシトニン -不動性骨粗鬆症、骨粗鬆症性骨折- (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: 医薬ジャーナル Volume: 49 Pages: 169-174
• [Journal Article] メカニカルストレスの骨細胞による感知とWnt シグナル (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: Clin Calcium Volume: 22(DOI: CliCa121218291835) Pages: 1829-1835
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 抗スクレロスチン抗体の骨形成促進作用と臨床への期待 (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: 整形・災害外科 Volume: 55 Pages: 185-189
• [Journal Article] テリパラチド治療における骨吸収抑制剤の役割 (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: MEDICINAL Volume: 2 Pages: 109-113
• [Journal Article] PTH製剤（特集：骨粗鬆症治療薬のupdate） (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: 骨粗鬆症治療 Volume: 11 Pages: 184-189
  • NAID: 40019452728
• [Journal Article] メカニカルストレスの骨細胞による感知とWntシグナル (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: Clin Calcium Volume: 22 Pages: 1829-1835
• [Journal Article] Reduced bone formation in alcohol-induced osteopenia is associated with elevated p21 expression in bone marrow cells in aldehyde dehydrogenase 2-disrupted mice (2011)
  • Author(s): Shimizu Y, et al
  • Journal Title: Bone Volume: 48 Issue: 5 Pages: 1075-1086
  • DOI: 10.1016/j.bone.2011.01.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 不動・非荷重モデル (2011)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: Clinical Calcium Volume: 21 Pages: 181-188
• [Journal Article] 骨組織に対する荷重の影響 (2011)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Journal Title: Clinical Calcium Volume: 21 Pages: 569-574
• [Journal Article] Unipedal standing exercise and hip bone mineral density in postmenopausal women : a randomized controlled trial (2010)
  • Author(s): Sakai A, et al
  • Journal Title: J Bone Miner Metab Volume: 28 Issue: 1 Pages: 42-48
  • DOI: 10.1007/s00774-009-0100-8
  • NAID: 10027206561
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shorter unipedal standing time and lower bone mineral density in women with distal radius fractures (2010)
  • Author(s): Sakai A, et al
  • Journal Title: Osteoporos Int Volume: 21 Issue: 5 Pages: 733-739
  • DOI: 10.1007/s00198-009-0992-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deficiency of vitamin A delays bone healing process in association with reduced BMP2 expression after drill-hole injury in mice (2010)
  • Author(s): Tanaka K, Sakai A, et al
  • Journal Title: Bone Volume: 47 Issue: 6 Pages: 11006-1012
  • DOI: 10.1016/j.bone.2010.08.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unipedal standing exercise and hip bone mineral density in postmenopausal women : arandomized controlled trial. (2010)
  • Author(s): Sakai A, et al.
  • Journal Title: J Bone Miner Metab Volume: 28 Pages: 42-48
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shorter unipedal standing time and lower bone mineral density in women with distal radius fractures. (2010)
  • Author(s): Sakai A, et al
  • Journal Title: Osteoporos Int Volume: 21 Pages: 733-739
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deficiency of vitamin A delays bone healing process in association with reduced BMP2 expression after drill-hole injury in mice. (2010)
  • Author(s): Tanaka K, Sakai A, et al.
  • Journal Title: Bone Volume: 47 Pages: 1006-1012
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 骨粗鬆症患者において他のビスホスホネート製剤からミノドロン酸月1回製剤へ変更後の腰椎骨密度増加に関連する背景因子の検討 (2013)
  • Author(s): 酒井昭典, 他
  • Organizer: 第15回日本骨粗鬆症学会
  • Place of Presentation: 大阪市(大阪国際会議場)
  • Year and Date: 2013-10-12
• [Presentation] 橈骨遠位端骨折の臨床からみた骨粗鬆症治療の問題点と課題 (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第15回日本骨粗鬆症学会
  • Place of Presentation: 大阪市(大阪国際会議場)
  • Year and Date: 2013-10-11
• [Presentation] トモシンセシス骨梁解析による海綿骨微細構造の推定-イヌ大腿骨および腰椎での検討- (2013)
  • Author(s): 山本淳也, 酒井昭典, 他
  • Organizer: 第33回日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 浜松市(アクトシティ浜松コングレスセンター)
  • Year and Date: 2013-07-06
• [Presentation] メカニカルストレスと骨髄細胞分化 (2013)
  • Author(s): 酒井昭典, 他
  • Organizer: 第33回日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 浜松市(アクトシティ浜松コングレスセンター
  • Year and Date: 2013-07-05
• [Presentation] 骨粗鬆症の動物モデル (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第27回日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋市(名古屋国際会議場)
  • Year and Date: 2012-10-27
• [Presentation] 骨への力学的負荷の感知とその応答シグナル (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第30回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京都(京王プラザホテル)
  • Year and Date: 2012-10-26
• [Presentation] 骨芽細胞分化と骨形成の分子制御の最新知見 (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第27回日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋市(名古屋国際会議場)
  • Year and Date: 2012-10-26
• [Presentation] 卵巣摘出動物におけるPTH のアナボリック作用 (2012)
  • Author(s): 酒井昭典, 他
  • Organizer: 第32回日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 大阪市(大阪国際会議場)
  • Year and Date: 2012-06-08
• [Presentation] 骨粗鬆症治療の新時代-新規テリパラチド製剤週1回投与法と骨形成促進作用- (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第85回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 京都市(国立京都国際会館)
  • Year and Date: 2012-03-15
• [Presentation] Fragility fracture : Risk assessment and prevention (2011)
  • Author(s): Sakai A, et al
  • Organizer: 第13回日本骨粗鬆症学会 3rd Joint Meeting of Japanese Osteoporosis Society and Korean Society of Osteoporosis Symposium
  • Place of Presentation: 神戸市(神戸国際会議場)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] Fragility fracture : Risk assessment and prevention (2011)
  • Author(s): Sakai A, et al
  • Organizer: 第13回日本骨粗鬆症学会3rd Joint Meeting of Japanese Osteoporosis Society and Korean Society of Osteoporosis Symposium
  • Place of Presentation: 神戸(神戸国際会議場)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-05
• [Presentation] 非荷重環境下でのTie-2 受容体の発現と局在の変化 (2010)
  • Author(s): 森寺邦晃, 酒井昭典, 他
  • Organizer: 第28回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京都(京王プラザホテル)
  • Year and Date: 2010-07-23
• [Presentation] 非荷重環境下でのTie-2受容体の発現と局在の変化 (2010)
  • Author(s): 森寺邦晃、酒井昭典, ほか
  • Organizer: 第28回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京(京王プラザホテル)
  • Year and Date: 2010-07-23
• [Presentation] メカニカルストレスと骨髄細胞分化
  • Author(s): 酒井昭典、ほか
  • Organizer: 第33回日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 浜松市（アクトシティ浜松コングレスセンター）
• [Presentation] トモシンセシス骨梁解析による海綿骨微細構造の推定 －イヌ大腿骨および腰椎での検討－
  • Author(s): 山本淳也、酒井昭典
  • Organizer: 第33回日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 浜松市（アクトシティ浜松コングレスセンター）
• [Presentation] 橈骨遠位端骨折の臨床からみた骨粗鬆症治療の問題点と課題
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第15回日本骨粗鬆症学会
  • Place of Presentation: 大阪市（大阪国際会議場）
• [Presentation] 骨粗鬆症患者において他のビスホスホネート製剤からミノドロン酸月1回製剤へ変更後の腰椎骨密度増加に関連する背景因子の検討
  • Author(s): 酒井昭典、ほか
  • Organizer: 第15回日本骨粗鬆症学会
  • Place of Presentation: 大阪市（大阪国際会議場）
• [Presentation] 卵巣摘出動物におけるPTHのアナボリック作用
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第32回 日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場（大阪市）
  • Invited
• [Presentation] 骨への力学的負荷の感知とその応答シグナル
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第30回 日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都）
  • Invited
• [Presentation] 非定型骨折の疫学、海外での現状
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第14回 日本骨粗鬆症学会
  • Place of Presentation: 新潟コンベンションセンター（新潟市）
  • Invited
• [Presentation] 骨芽細胞分化と骨形成の分子制御の最新知見
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第27回 日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市）
  • Invited
• [Presentation] 骨粗鬆症の動物モデル
  • Author(s): 酒井昭典
  • Organizer: 第27回 日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市）
  • Invited
• [Book] ファーマナビゲーターPTH 編 (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 317
  • Publisher: メディカルレビュー社
• [Book] ファーマナビゲータービスホスホネート編 (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 249
  • Publisher: メディカルレビュー社
• [Book] ビスホスホネートエビデンスブック (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 383
  • Publisher: 医薬ジャーナル社
• [Book] ファーマナビゲーター PTH編 (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 317
  • Publisher: メディカルレビュー社
• [Book] ビスホスホネート エビデンスブック (2013)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 383
  • Publisher: 医薬ジャーナル社
• [Book] ファーマナビゲーター活性型ビタミンD3製剤編 (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 355
  • Publisher: メディカルレビュー社
• [Book] 骨粗鬆症診療ハンドブック(改訂5版) (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 391
  • Publisher: 医薬ジャーナル社
• [Book] 骨粗鬆症診療ハンドブック 改訂5版 (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 391
  • Publisher: ビスホスホネート
• [Book] ファーマナビゲーター 活性型ビタミンD3 製剤編 (2012)
  • Author(s): 酒井昭典
  • Total Pages: 355
  • Publisher: 不動性骨粗鬆症
• [Book] Mechanosensing Biology (2011)
  • Author(s): Sakai A, Nakamura T
  • Total Pages: 219
  • Publisher: Springer
• [Book] 整形外科専門医テキスト (2010)
  • Author(s): 酒井昭典, 中村利孝
  • Total Pages: 987
  • Publisher: 南江堂