2017 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of self-adjusting capacity of strength in bone focusing on osteocytes
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16H04517
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
石本 卓也 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50508835)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 貴由 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30243182)
松垣 あいら 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10592529)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 強制負荷 / ひずみ / 機能適応 / オステオサイト / 細胞形態 / 細胞配列 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨が異方的ひずみ場の負荷や変化に対し、骨中のアパタイトc軸配向性を変化させることで材質特性をひずみに対して異方性化し、最終的に骨内部でのひずみを等方化するという骨独自の「強度自己調整」メカニズムを、応力感受を担うと考えられているオステオサイト細胞の異方性の観点から解明するため、下記の具体的な3項目を中心に研究に取り組んでいる。
(A) in vivo負荷ひずみ－オステオサイト細胞形態－骨基質配向性の定量的関係の理解
(B) オステオサイト骨細管での幾何学的ひずみ感受効率の解析
(C) 異方的ひずみ場下にてオステオサイトから発現するシグナル伝達物質の同定
H29年度は、(A)に不可欠なコラーゲン配向性の定量解析法を、コラーゲンの複屈折現象に基づいて確立した。細胞が直接生成するのはコラーゲンであり、アパタイトはコラーゲン上にケミカルに形成することから、この成果により細胞－基質配向の関係を直接的につなぐことが可能となった。さらに、(B)に関連し、幾何学的効率をあえて変化させずに、いくつかのパターンにて負荷をすることで、配向性が変化する負荷と変化しない負荷のパターンを見出し、負荷による配向性変化機構の理解のための重要な足掛かりをつかんだ。すなわち、ひずみ負荷の異方性とオステオサイトの幾何学的関係性のみで配向性変化の有無が変化するとは必ずしも言えないことを示唆する。上記負荷条件下におけるタンパク発現等の差異を比較することで、配向化に関与する因子を特定できる可能性がある。
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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
上述のとおり、負荷に基づく、アパタイト・コラーゲン配向性変化による強度自己調整メカニズムの解明に不可欠な、配向性が変化する/変化しない負荷条件を見出した。本モデルにおける細胞・発現タンパクの差異を特定することで、目的達成につなげることができる。以上より、当初計画に準じておおむね順調に研究が進展しているものと自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
H29年度に見出した、配向性が変化する/変化しない負荷条件を用い、もしくはアレンジし、負荷を表す指標のうちどのパラメータが配向性変化の制御因子であるかを特定する。さらに、H28年度に確立した主ひずみ方向を変化させるモデルを用い、基質配向性、オステオサイトの異方性が適応的に変化するか否かを解析することで、本現象が生物の中で一般的に成り立つか否かを明らかにする。本年度が最終年度であることから、得られたデータを統合的に解釈し、結論を導く。
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