2016 Fiscal Year Annual Research Report
Quantification of bone material properties-degradation by non-contacting, nano-mechanical properties analysis
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26350493
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐々木 直樹 北海道大学, 先端生命科学研究院, 名誉教授 (40142202)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 最終糖化産物 / ペントシジン / X線回折 / 赤道線反射 / 応力緩和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
28年度が本研究の最終年度であったことから、過去2年間で遅れがちだった以下の3種類の実験研究を中心に行った。(1)糖化処理による骨コラーゲンの状態の定量、及び(2)X線回折を中心とした糖化処理後の骨コラーゲンの構造変化の検出、(3)糖化処理骨の粘弾性測定である。(1)については、最終糖化産物として代表的なペントシジン(PS)量の定量を行った。PS量は糖化処理時間とともに一様に増加していた。Vashishth等に倣い処理時間と糖化度の検量式を求めた。(2)については当初、Debye-Waller因子測定による骨コラーゲンの弾性率の測定を計画していたが、巨視的な膨潤測定と同様の不明瞭な結果しか得られなかった。これは、PSによるコラーゲン分子間架橋ができたとしても、コラーゲン分子・線維に沿った方向(子午線方向)にはあまり影響が現れないためと思われた。コラーゲン分子レベルでの膨潤を調べるため、赤道線反射を調べた。線維内でのコラーゲン分子のパッキングを示す0.15 nmの反射が得られ、その外側にコラーゲンヘリックス内でのポリペプチド鎖間の距離に対応する少し広がった反射が見られる。試料の糖化が進むと、後者の反射がよりブロードになり、最大強度の回折角が広角側にシフトした。このとき、0.15 nmの反射については全体の強度が減少する以外は変化がみられていない。(3)については、応力緩和実験から試料の粘弾性パラメータを求め、骨としての高次構造の強度低下が観測された。骨コラーゲン線維内では、コラーゲン分子のパッキング自体にはほとんど変化がないが、PSの増加で、ヘリックス分子内のポリペプチド鎖同士の配列に大きな乱れが生じている。このような分子配列レベルの変化が骨試料としての力学特性の劣化の原因となっていると考えられる。物性変化の構造上の裏付けが確認されたのは初めての例である。
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