Development of in vivo mechano-imaging
| Project/Area Number |
23K24088
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| Project/Area Number (Other) |
22H02826 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 48040:Medical biochemistry-related
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
西川 恵三 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (30516290)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福永 鷹信 九州大学, 工学研究院, 技術職員 (60591196)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
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| Keywords | メカノセンシング / オステオサイト / 骨 / ATP / 二光子励起顕微鏡 / 力覚 / in vivo / イメージング / マウス / 二光子励起顕微 / メカノバイオロジー |
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| Outline of Research at the Start |
様々な力学的環境にさらされている生体の組織や細胞は、外界から機械的刺激に対して応答することが知られているが、生体レベルでの力覚応答は不明な点が多い。二光子励起顕微鏡を用いた生体イメージングは、近年、実験動物を生かした状態で生体組織内で時々刻々と変化する細胞動態を観察できる方法として高い注目を集めている。そこで、本研究では、二光子励起顕微鏡を用いた生体イメージング法を活用することで、力学的刺激に対する骨の生体応答の解明に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体を構成するすべての細胞は、多様な力学的環境にさらされており、外界からの‘機械的な刺激’を感受することで、自らの状態を変化させる。今や、この力覚機構は、生体の恒常性維持にかかわる基幹的制御として認識されており、生命現象を理解するための重要な研究課題になっている。本研究では、最新の顕微鏡技術を発展・改良することで、未だ研究が立ち遅れている力覚のin vivoイメージング研究に取り組む。
本年度は、昨年度に技術確立に成功した生きたマウスの脛骨に対して様々な力学的負荷(免荷ならびに静荷重)を加えつつ、生体骨組織をライブ観察する生体イメージング法を用いて、骨組織内の力覚の実態を解析した。力学的刺激によって引き起こされる細胞内変化を捉えるために、メカノメディエーターであるATPを指標に用いた。細胞内のATPを蛍光可視化するには、ATPに対する蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)型バイオセンサーGO-ATeamを発現するマウスを用いた。実際には、免荷並びに脛骨の長軸方向に対して1～7Nの荷重を負荷した条件下で観察を行った。免荷時のオステオサイト162個、1Nの荷重負荷時のオステオサイト41個、3Nの荷重負荷時のオステオサイト51個、5Nの荷重負荷時のオステオサイト72個、ならびに7Nの荷重負荷時のオステオサイト128個のFRET計測を行った結果、骨への荷重負荷１Nならびに3Nでは、オステオサイトのサイトゾル内のATP量に有意な変化は観察されなかったのに対して、5Nならびに7Nの荷重負荷ではATP量の有意な減少が観察された。以上の結果から、5N以上の過剰な負荷が骨に加わった条件で引き起こされる力学的刺激に対して、オステオサイトは応答することが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度では、昨年度の力覚のin vivoイメージング法の確立に引き続き、当初の計画通りに骨組織内の力覚の実態を捉えることができ、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究によって、オステオサイトが力を感知する細胞である従来知見をin vivoで確証を得ることができたが、これは5N以上の過剰な負荷が骨に加わった条件でのみ起こる現象であることが明らかとなった。現在、5Nよりも小さな負荷に対しては、オステオサイトではなく、骨髄内の別の細胞が力を感知することを見出しており、この新たな力を感知する細胞に関して研究を進めることを計画している。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
