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老化抑制遺伝子欠損マウスの切歯を用いた加齢に伴う硬組織劣化機構の材料学的分析

Research Project

Project/Area Number 22K17079
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
Research InstitutionShowa University

Principal Investigator

渡邉 知恵  昭和大学, 歯学部, 助教 (40801519)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords老化硬組織モデル / 加齢 / 象牙質 / 材料特性
Outline of Research at the Start

本研究では,老化抑制遺伝子であるクロトー遺伝子欠損型マウスの切歯象牙質を老化硬組織モデルとして,加齢に伴う硬組織の劣化を材料工学的に評価する.ナノインデンテーションを含む先端工学技術を応用し,硬組織の分子構造・機械特性(材料特性)を数値化する.その結果,骨の質的改善を目的とした新たな創薬を促進するベースラインデータの提供を目指す.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は,昨年度から引き続き対象動物であるクロトー遺伝子欠損型(α-Klotho(-/-))マウスを搬入し,切歯象牙質に対して粘弾性挙動の測定および顕微ラマン分光分析を実施した.
粘弾性挙動は,多要素粘弾性モデルに硬組織を近似させる方法(Watanabe et al., Journal of Mechanical Behavior Biomedical Materials, 2024)を用いることで,弾性応答と粘性応答に区別して評価することが可能となった.老化モデルマウスの弾性応答が対照群より低かったことに加えて,主要な粘性応答はコントロールマウスの半分以下であることが明らかになった.このことより老化モデルマウスの硬組織はエネルギー吸収の低下が壊れやすさ(破壊靭性)につながっていることが推察された.
顕微ラマン分光分析では,老化モデルマウスにおいてAGEs(ペントシジン)の増加および石灰化度の低下を認めた.これはエナメル象牙境に近い,つまり生成されてからの時間経過が長い象牙質部分で顕著であり,比較的生成されて新しい歯髄付近の象牙質では有意差を認めなかった.
現在はSHG(第二高調波発生)顕微鏡観察用のサンプル作成まで終了しており,今後はそちらの解析からコラーゲン線維の配向性の違いを観察していく予定である.コラーゲン線維の配向性と機械的特性の低下との関連について明らかにし,学会発表・論文投稿まで目指す.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定通り,老化モデルマウスの象牙質に対して複数の解析が進行している.主な解析であるナノインデンテーションは測定が終了し,おおむね順調に進めることができている.

Strategy for Future Research Activity

これまでのデータからクロトー遺伝子欠損型マウスでは石灰化不全が疑われており,その仮説の検証を目指す.SHG顕微鏡観察のためのサンプルは作成しており,今後はそちらの解析からコラーゲン線維の配向性の違いを観察していく予定である.さらにこれまで得られた研究結果についてまとめ,学会発表および論文投稿を目指す.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] The University of Sydney(オーストラリア)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] The University of Sydney(オーストラリア)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Mechanical insights into jawbone characteristics under chronic kidney disease: A comprehensive nanoindentation approach2024

    • Author(s)
      Watanabe Chie、Zhong Jingxiao、Yamashita Sotaro、Kondo Yusuke、Masaki Chihiro、Hosokawa Ryuji、Shibata Yo
    • Journal Title

      Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials

      Volume: 154 Pages: 106506-106506

    • DOI

      10.1016/j.jmbbm.2024.106506

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Functional non-uniformity of periodontal ligaments tunes mechanobiological stimuli across soft- and hard-tissue interfaces2023

    • Author(s)
      Zhong Jingxiao、Shibata Yo、Wu Chi、Watanabe Chie、Chen Junning、Zheng Keke、Hu Jingrui、Swain Michael V.、Li Qing
    • Journal Title

      Acta Biomaterialia

      Volume: 170 Pages: 240-249

    • DOI

      10.1016/j.actbio.2023.08.047

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chronic kidney disease compromises structural and mechanical properties of maxillary cortical bone in a rat model2023

    • Author(s)
      Sotaro Yamashita, Yusuke Kondo, Chie Watanabe, Tomotaka Nodai, Takashi Munemasa, Taro Mukaibo, Chihiro Masaki, Yo Shibata, Ryuji Hosokawa
    • Journal Title

      Journal of Prosthodontic Research

      Volume: -

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Diabetic Shifts in Jawbone Mechanics: A Molecular and Viscoelastic Exploration2024

    • Author(s)
      Chie Watanabe, Jingxiao Zhong, Jun Zhou, Yo Shibata
    • Organizer
      102nd General Session & Exhibition of the IADR
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ストレプトゾトシン誘発糖尿病モデルマウスの下顎骨の機械的特性評価と関与因子の探索2024

    • Author(s)
      渡邉知恵, Jingxiao Zhong, 柴田 陽
    • Organizer
      日本補綴歯科学会第133回学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 顎骨の機械的特性の評価 ─粘弾性モデルを用いたラット顎骨の理工学的検討─2023

    • Author(s)
      渡邉知恵, Jingxiao Zhong, 山下総太郎, 近藤祐介, 正木千尋, 細川隆司, 柴田 陽
    • Organizer
      日本補綴歯科学会第132回学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 老化モデルマウス象牙質のナノ機械特性2023

    • Author(s)
      渡邉知恵,柴田 陽
    • Organizer
      第81回日本歯科理工学会学術講演会 2023年4月15日
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Nanoindentation Protocol for Identifying Elasticity of Periodontal Ligament2022

    • Author(s)
      Yo Shibata, Chie Watanabe
    • Organizer
      15th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XV) and the 8th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Biomechanical Implications of Soft Tissues’ Microstructural Heterogeneity: An Image-based Specimen-specific Finite Element Study on Periodontal Ligament2022

    • Author(s)
      Jingxiao Zhong, Yo Shibata, Chi Wu, Chie Watanabe, Junning Chen, Keke Zheng, Jingrui Hu, Michael V. Swain, Qing Li
    • Organizer
      ABC13
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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