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Mechanical response of bone under the light of biological evolution

Research Project

Project/Area Number 23K08670
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 56020:Orthopedics-related
Research InstitutionTokyo Medical and Dental University

Principal Investigator

中村 美穂  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 非常勤講師 (40401385)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 雅哉  東北大学, 工学研究科, 教授 (10332735)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywordsメカニカルストレス / バイオインフォマティクス / プロテオミクス / 骨芽細胞 / メカノバイオロジー / 骨粗鬆症
Outline of Research at the Start

本研究は、メカニカルストレス低下が骨密度減少を引き起こすメカニズムを解明することを目的としている。研究期間内に、バイオインフォマティクス手法による脊椎動物の骨基質タンパク質データベースの構築と比較解析、骨基質のプロテオミクス解析により、荷重運動に関連すると考えられる骨基質タンパク質を選出する。その後、選出したタンパク質についてin vitro細胞培養実験とin vivo動物実験により、荷重運動との関連性有無の実証を行う。本研究は、海外の最先端科学者との共同研究も含め、バイオインフォマティクス・細胞生物学・生体材料科学的手法を用いた基礎医学研究を行う異分野融合・国際共同研究として位置付けられる。

Outline of Annual Research Achievements

人口の急速な高齢化に伴い、骨粗鬆症患者数は年々増加しており、骨粗鬆症対策は、我が国も含め世界的な最重要課題の一つとして位置付けられる。通常、骨粗鬆症予防策として、カルシウム およびビタミンD摂取、日光浴、荷重運動が推奨される。荷重運動と骨密度の関連性については、宇宙空間での長期滞在や長期臥床によるメカニカルストレス低下による骨密度減少現象として注目されてきたが、メカニズムは解明されていない。本研究は、荷重運動等のメカニカルストレス低下が骨密度減少を引き起こすメカニズムを解明することを目的としている。
本研究では、研究期間内に、[A] バイオインフォマティクス手法による下等・高等脊椎動物の骨基質タンパク質データベースの構築と比較解析、[B] 骨基質のプロテオミクス解析により、荷重運動に関連すると考えられる骨基質タンパク質を選出する。その後、[A・B]で選出したタンパク質について、メカニカルストレス負荷実験による[C] in vitro細胞培養実験と[D] in vivo動物実験により、荷重運動との関連性有無の実証を行う。
初年度は、[A] において、骨基質タンパク質データベースを構築し、荷重運動に関連すると考えられる骨基質タンパク質の1次スクリーニングを行った。[B]において、ヒト骨試料を使用するための倫理委員会審査を終え、試料採取を開始した。また、テストサンプルのプロテオミクス解析を行い、石灰化骨からのタンパク質抽出に成功した。[C]において、骨芽細胞を用いたin vitro細胞培養を行い、メカニカルストレスが骨芽細胞分化を促進することを確認し、評価系を確立した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究計画のとおり進めることができた。また、研究成果について論文で発表することができた。今後は学会発表や更なる論文発表を予定している。

Strategy for Future Research Activity

次年度も研究計画書に従い、研究を進める予定である。具体的には、 [B]において、ヒト骨試料のプロテオミクス解析を行い、荷重運動に関連すると考えられる骨基質タンパク質を選出する。さらに、バイオインフォマティクス的手法によるスクリーニングで選出したタンパク質について、メカニカルストレス負荷実験による[C] in vitro細胞培養実験を中心に行う。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Turku(フィンランド)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] University Rovira i Virgili(スペイン)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Use of the Phylobone database for the annotation of bone extracellular matrix proteins in reindeer (<i>Rangifer tarandus</i>)2024

    • Author(s)
      Sanchez-Reverte Alba、Fontcuberta-Rigo Margalida、Nakamura Miho、Puigbo Pere
    • Journal Title

      Science Progress

      Volume: 107 Issue: 2 Pages: 2-2

    • DOI

      10.1177/00368504241244666

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Application of a genetically engineered macrophage cell line for evaluating cellular effects of UV/US-treated poly(ethylene terephthalate) microplastics2024

    • Author(s)
      Washihira Naoto、Murakami Mika、Nakamura Miho、Fujii Sho、Matsushima Takahide、Asahara Hiroshi、Kishida Akio、Tanabe Tadao、Kimura Tsuyoshi、Kobayashi Mako、Yamamoto Masaya
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces B: Biointerfaces

      Volume: 234 Pages: 113735-113735

    • DOI

      10.1016/j.colsurfb.2023.113735

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Phylobone: a comprehensive database of bone extracellular matrix proteins in human and model organisms2023

    • Author(s)
      Fontcuberta-Rigo Margalida、Nakamura Miho、Puigb? Pere
    • Journal Title

      Bone Research

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 44-44

    • DOI

      10.1038/s41413-023-00281-w

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Inter-Laboratory Study on Measuring the Surface Charge of Electrically Polarized Hydroxyapatite2023

    • Author(s)
      Ubele-Kalnina Darta、Nakamura Miho、Gross Karlis Agris
    • Journal Title

      Journal of Functional Biomaterials

      Volume: 14 Issue: 2 Pages: 100-100

    • DOI

      10.3390/jfb14020100

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 骨基質の材料学的解析とメカニカルストレス応答性2023

    • Author(s)
      中村美穂
    • Organizer
      日本セラミックス協会秋季シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Phylobone: A new resource for osteoporosis research.2023

    • Author(s)
      Fontcuberta-Rigo M, Nakamura M, Puigbo P.
    • Organizer
      World Congress on Osteoporosis, osteoarthritis and musculoskeletal diseases 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of cellular responses to oxidized poly(ethylene terephthalate) microplastics using a genetically engineered macrophage.2023

    • Author(s)
      Yamamoto M, Murakami M, Washihira N, Nakamura M, Matsushima T, Asahara H, Kishida A, Kobayashi M, Fuji Si, Tanabe T, Kimura T
    • Organizer
      Biomaterials International Conference 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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