Development of a new scientific principle of anisotropic bone matrix science based on materials engineering

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21087
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Nakano Takayoshi 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30243182)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石本 卓也 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 教授 (50508835) ; 小笹 良輔 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80845347) ; 松垣 あいら 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10592529)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: 骨基質配向化サイエンス / 骨基質微細構造 / 骨質 / アパタイト / オステオサイト / メカノセンシング

Outline of Final Research Achievements

A new scientific principle of "Anisotropic bone matrix science" based on materials engineering was developed to understand the biological system regulating the construction of oriented bone matrix microstructure.　A new strategy combined with materials engineering and biology was developed based on the materials scientific analysis of bone. We focused on the osteocyte function as a mechanosensor inside bone matrix, to identify the molecular cues determining bone matrix orientation. To solve the issues, in vivo bone analysis was conducted and in vitro bone-mimetic coculture system was developed. These approaches allowed to find out the biological molecules mediating mechanical stress and bone matrix orientation.

Free Research Field

材料工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

再生骨や多くの疾患骨で見られる骨脆弱化の主要因は骨基質配向性の乱れ（低下や変動）である。材料学を基軸に生物学を融合する新たな試みにより、遺伝子や機能性タンパク質（分子）レベルでの骨基質配向性の制御機構解明に挑み、新融合分野「骨基質配向化サイエンス」という未踏の学術分野を開拓した。骨密度医療が現状なされている中で、本課題で見出した骨基質配向化の仕組みは、配向化に基づく骨疾患医療実現への大きな足掛かりとなることが期待され、本成果は学術的意義にとどまらず、社会に成果を還元する意味でも極めて重要な成果である。