骨塩定量ではわからない骨質の評価：コラーゲンの微細磁化構造に着目したMRIの応用

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K17158
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 唐 明輝 北海道大学, 医学研究院, 特任助教 (80794156)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: MRI / 骨質診断 / 骨中コラーゲン / UTE / 磁化率異方性

Outline of Annual Research Achievements

骨折リスクの直接的指標である骨強度は骨塩定量により求まる骨密度のみでは決まらず骨質にも大きく依存する。骨質は骨軸方向への皮質骨中コラーゲン配向性が主因であるが、それを非侵襲的に検出する方法は存在していない。本研究はコラーゲン分子の微細な磁化構造が磁気共鳴画像法（MRI）の信号に影響を与えることに着目し、皮質骨のMR信号を取得できるUTE（Ultrashort echo time）法を用いて骨中コラーゲン配向性情報を非侵襲的に検出する方法の確立を目的としている。健常皮質骨からのMR信号は、皮質骨中のコラーゲン線維の磁化率異方性に起因し、静磁場方向と骨軸角度（コラーゲン配向方向）に依存することが予想される。初年度は、牛大腿皮質骨（4ヶ月、2歳）試料のMR信号を測定し、その信号は180°周期の骨軸角度依存性を示し、振幅は2歳骨の方が低下し、若年皮質骨中で集約していたコラーゲン線維が成熟し構造化される様子が現れているものと解釈でき、骨質を MRI で評価できる可能性が示唆された。昨年度は、大理石骨病を発症させたマウス骨試料と正常マウス骨試料を対象に同様な測定を実施し、180°周期MR信号の振幅は大理石骨病試料では正常試料の1/5となった。大理石骨病では骨中コラーゲン線維配向性が乱れるという病理所見を反映し、MR信号の骨軸角度依存性の振幅が低下したものと定性的には解釈できる。マウス試料のサイズが小さく、部分体積効果を低減するため、本年度では同じマウスのサンプルを用い、空間分解能を上げて測定を実施し、180°周期MR信号の振幅は大理石骨病試料では正常試料の4/5となった。低下の程度は撮像パラメーターにより大きく変動することが示され、最適な撮像パラメーターの検討が必要である。また、骨中コラーゲン線維配向性の劣化の程度とUTE MR信号の骨軸角度依存性の振幅の定量的関係はまだ不明である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナ感染症の影響により、実験補助要員の確保が困難となり、X線解析および骨破壊実験までには至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

マウスの試料の測定パラメーターを最適化し、X線解析も速やかに行う。X線解析から得られる骨中コラーゲン線維配向性とUTE MR信号の骨軸角度依存性定量的な関係を調べる。また、広い年齢層の骨試料を対象としたMRI実験およびX線解析・骨破壊実験も行い、人体大腿骨部位を対象とするMRI実験も試みる予定である。

Causes of Carryover

本年度予定していた骨試料等の実験にかかわるMR使用料や消耗品費等を次年度に繰り越した。これらの実験を行うための試料代、実験補助要員等の謝金やMR使用料などの使途を計画している。