運動療法の効果をメカニカルストレスで再現することによる変形性関節症の分子病態解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K19367
• Research Institution: National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities
• Principal Investigator: 崎谷 直義 国立障害者リハビリテーションセンター(研究所), 研究所 運動機能系障害研究部, 流動研究員 (30824859)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 変形性膝関節症 / メカニカルストレス

Outline of Annual Research Achievements

変形性膝関節症に対する運動療法は、非ステロイド性抗炎症薬や軟骨保護に作用するヒアルロン酸といった薬物と同じく高い鎮痛効果を発揮する一方で安全で安価であり、治療の第一選択となる。しかしながら、運動による変形性膝関節症の疼痛緩和効果の分子機序は未解明であり、病態そのものを修飾するのか、あるいは病態修飾以外の機序による鎮痛によるものかも明らかではない。変形性膝関節症に対する代表的・典型的な運動療法である大腿四頭筋等尺性収縮訓練では、筋力増強に伴う膝関節の安定化という生体力学的環境の改善によって膝への負担が減り、痛みが軽減することが想定されてきた。しかし、大腿四頭筋等尺性収縮訓練による変形性膝関節症の疼痛軽減は筋力増大を介さないという報告があり、その効果は筋力増強だけでは説明できず、訓練または運動の動作そのものに意味があることが示唆される。本研究では、大腿四頭筋等尺性収縮訓練時には組織・細胞には物理的力刺激が加わることに着目し、変形性膝関節症に対する運動効果の背景にある分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。
本年度は、昨年度に作製した大腿四頭筋等尺性収縮訓練時に膝関節に加わる物理的刺激を再現する局所的物理的刺激機器により負荷される圧を測定した。この局所的物理的刺激機器を用いることで、膝関節に一定の圧負荷を加えることができることがわかった。さらに、負荷を加えた際の関節内圧の測定を試みたが、実験動物の関節内腔に対して圧センサーが大きく、今回用いた方法では関節内圧の測定が困難であることがわかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

実験動物の膝関節内圧の測定を試みたが、関節内腔に対して圧センサーが大きく、圧変化を正確に測定することができなかった。膝関節内圧変化を指標として設定した強度での物理的刺激介入を予定したいたので、介入実験の開始には至っていない。

Strategy for Future Research Activity

今後は、選定した変形性膝関節症モデルマウスに対して、局所的物理的刺激機器による介入を行い、抗炎症効果および変形性膝関節症に対する予防効果を検証する。局所的物理的刺激機器による介入で効果がみられたリードアウトをもとに、介入の至適条件を探索する。その条件下で、局所的物理的刺激機器による介入の作用点となる細胞種を同定・培養し、in vitro 物理的刺激実験を行い、炎症関連シグナル分子およぼ物理的刺激応答シグナル分子の変化を観察する。

Causes of Carryover

介入実験に用いる消耗品のための予算を確保していたが、関節内圧の測定が困難であり介入実験の開始が遅れているため次年度使用額が生じた。次年度に介入実験を行う予定であり、その際の消耗品購入費に当てる。