頭部外傷後の骨癒合促進メカニズムの解明と新たなバイオマーカーの開発

• Project/Area Number: 22K09130
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55060:Emergency medicine-related
• Research Institution: Nippon Medical School
• Principal Investigator: 平林 篤志 日本医科大学, 医学部, 助教 (20643141)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 義明 日本医科大学, 医学部, 講師 (20386197) ; 横堀 将司 日本医科大学, 大学院医学研究科, 大学院教授 (70449271) ; 倉橋 和嘉子 日本医科大学, 大学院医学研究科, 研究生 (80792944)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2025: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 大腿骨骨折 / 頭部外傷合併ラットモデル / micro RNA / 大腿骨骨折・頭部外傷合併ラットモデル / 頭部外傷・四肢骨折モデル / 異所性骨化

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、未だ解明されていない頭部外傷患者における異所性骨化増生に関するメカニズムを明らかにし標的となるmicro RNAを同定することであり、方法としては、①頭部外傷・大腿骨骨折モデルのラットを作成し、骨再生時促進的に機能する主なサイトカインTGF-β1・BMP-2の上昇とcirculating micro RNAを網羅的に解析する。②大腿骨骨折と頭部外傷のモデルラットを作成し、頭部外傷・大腿骨骨折モデルラット群との差異から標的となるmicro RNAを同定し、異所性骨化増生のメカニズムを明らかにする。③発展として、早期からの骨癒合促進を示唆するバイオマーカーの開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、未だ解明されていない頭部外傷患者における異所性骨化増生に関するメカニズムを明らかにし標的となるmicro RNAを同定することで、骨折患者の早期からの骨癒合促進を示唆できるバイオマーカーの開発をすることである。
アプローチ方法としては、
①ラットにおいて、大腿骨骨折モデル、頭部外傷モデル、大腿骨骨折・頭部外傷合併モデルを作成し、定期的（処置前,処置後,翌日,1/2/4週）に採取した血漿を用いて、TGFβ1・BMP-2を含めたサイトカインの網羅的な解析と血中濃度変化の確認と同様にcirculating micro RNAを網羅的に解析する。また、ALP値の変動やX線・CT上で骨癒合が認められるかを確認する。令和4年度は、大腿骨骨折・頭部外傷モデルラットの作成とラットから定期的に採血を行い、結果にばらつきが出ないラットモデル作成と血液サンプル採取方法を模索した。しかし、一定化したモデル作成に難渋し、また、コロナ禍が大きな障壁となり、研究推進に遅れが生じた。令和5年度は、ラットモデル作成を骨折作成を直視下で骨折を作成し、また、血液サンプル採取方法を大腿動脈にカテーテルを挿入し皮下に埋没させ、それから定期的に採血できるようにした。
②それぞれ作成したラットモデル血漿の解析結果の差異から、標的となるmicro RNAを同定し、異所性骨化増生のメカニズムを明らかにする。これに関しては、令和6年度から着手していく予定である。
③遺伝子レベルで調整しているmicro RNAが同定でき、頭部外傷合併例でその発現には差があるとする我々の仮定が確認できれば、未だに解明されていない頭部外傷合併患者の骨癒合促進のメカニズムが明らかになり、早期からの骨癒合促進を示唆できるバイオマーカーとなり得る可能性がある。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

大腿骨骨折モデルと頭部外傷モデルのラット作成は問題なく行うことができているが、合併モデルの育成（途中で実験ラットの死亡例があった）と確実なサンプル採取が困難であった。そこで、右大腿に骨折作成と髄内ピン固定を行うのと左大腿動脈にカテーテルを挿入し、そのカテーテルを皮下に埋没させ定期的に確実な血液サンプル採取に成功した。また、大腿骨骨折・頭部外傷合併ラットモデルの作成に難渋していたが、頭部外傷をインパクターを用いて作成する「脳挫傷モデル」と吸引圧で作成する「クモ膜下出血モデル」の作成することで途中で実験ラットが死亡する事象に差異がないかを検討した。それにより実験モデルの確実な作成に時間を要する結果となった。令和6年度からは、実験モデルの作成と検体サンプルの確実性が上がることにより、検体サンプルの測定に移ることが可能となる見込みである。

Strategy for Future Research Activity

令和6年度で、ラットモデル作成と採血サンプル採取方法を完成させ、
①ラットにおいて、大腿骨骨折モデル、頭部外傷モデル、大腿骨骨折・頭部外傷合併モデルを作成し、定期的（処置前,処置後,翌日,1/2/4週）に採取した血漿を用いて、TGFβ1・BMP-2を含めたサイトカインの網羅的な解析と血中濃度変化の確認と同様にcirculating micro RNAを網羅的に解析する。また、ALP値の変動やCT上で骨癒合が認められるかを確認する。
②令和6・7年度からは、それぞれ作成したラットモデル血漿の解析結果の差異から、標的となるmicro RNAを同定し、異所性骨化増生のメカニズムを明らかにする。
③さらに発展として、遺伝子レベルで調整しているmicro RNAが同定でき、頭部外傷合併例でその発現には差があるとする我々の仮定が確認できれば、未だに解明されていない頭部外傷合併患者の骨癒合促進のメカニズムが明らかになり、早期からの骨癒合促進を示唆できるバイオマーカーとなり得る可能性がある。