Novel therapeutic strategies for bone metastasis; Targeting the microstructural alteration in metastasized bone

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00308
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Matsugaki Aira 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10592529)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 貴由 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30243182)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: がん転移 / 骨配向性 / 細胞間相互作用 / 細胞配列 / アパタイト結晶 / 骨質 / コラーゲン線維

Outline of Final Research Achievements

Osteogenic metastases including prostate cancer, which frequently metastasizes to bone, cause bone fragility although excessive bone formation leads to increased bone mineral density. This paradox has been a longstanding unresolved issue in cancer treatment, and existing biological approaches alone are limited and cannot elucidate the mechanisms. In this study, by approaching the clarification of the principle of bone fragility caused by cancer metastasis from the standpoint of materials science, it was clarified that the pathological condition that cannot be explained by bone density can be solved by controlling bone textured microstructure at the atomic level inside the bone matrix. Furthermore, the discovery of multiple proteins that contribute to bone degradation is a major achievement that will lead to the creation of new drugs and medical devices that can inhibit cancer metastasis.

Free Research Field

生体材料学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在までに多くのがん研究が遺伝子解析を中心とした要素還元型の生物学的アプローチに立脚してきた一方、がんは単純な分子メカニズムで理解するにはあまりに複雑であり、依然がんの根本的解決は達成されていない。本研究課題では材料学の立場から既存のがん研究に一石を投じ、がんによる骨劣化の本質理解を目的とした。がん転移は骨の細胞機能破綻をもたらし、骨基質内部の原子レベルでの微細構造（コラーゲン/アパタイト配向化組織）の形成を阻害することで骨の力学特性を劣化させる新たなメカニズムが明らかになった。この成果を用いることで、新しいがん治療薬や骨デバイス開発につながり、学術的にも社会的にも大きな意義を得た。