自動埋入型骨固定装置を利用した骨のメカニカルストレス受容の解明

• 研究課題/領域番号: 20K10231
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分57070:成長および発育系歯学関連
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 小柳 宏太郎 鹿児島大学, 鹿児島大学病院, 医員 (20806476)
• 研究分担者: 大賀 泰彦 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 助教 (40780002) ; 宮脇 正一 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 教授 (80295807) ; 八木 孝和 神戸常盤大学短期大学部, 口腔保健学科, 教授 (10346166) ; 後藤 哲哉 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 教授 (70253458)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: メカニカルストレス / 歯科矯正用アンカースクリュー / 骨リモデリング / 骨 / 機械的刺激 / アンカースクリュー

研究開始時の研究の概要

歯科矯正用アンカースクリューは矯正歯科治療時の絶対的固定源として、広く普及しているが、今なお約15％が脱落することが知られている。そこで、我々は最近、強固な維持力を有する自動埋入型骨固定装置を考案した。本装置は骨表面との接触面積が増すだけでなく、骨組織に対して多方向にメカニカルストレスが作用することが分かっているが、骨組織の代謝的変化やその応答機序については未解明である。そこで本装置を用いて、多角的にメカニカルストレスに対する骨組織の応答を検証することを本研究の目的とした。

研究実績の概要

本研究の目的は、強固な維持力を有する自動埋入型骨固定装置を用いて、多方向のメカニカルストレスに対する骨組織の応答を検証することである。研究計画としては、SD雄性ラットの頭蓋骨に本装置を埋入し、組織学的観察やマイクロCT撮影を行い、本装置によるメカニカルストレスの方向や大きさがどのように骨組織に影響しているかを検証した。その結果、アンカースクリュー周囲の頭蓋骨外面および内面、本装置が接している周囲の骨表面で新生骨の添加が生じていた。新生骨の厚みをそれぞれのエリアで測定したところ、埋入4週後でメカニカルストレスを負荷した群で、厚みが増加する傾向があった。また、本装置を含む頭蓋骨を切り出し、石こうに埋没後、本装置側方より、圧縮試験機を用いて、負荷を加え機械的安定性について比較したところ、メカニカルストレス群で機械的維持力が増加した。また組織学的評価にて、変化があった部位における骨芽細胞、破骨細胞の活性化因子であるTRAPやALP、オステオカルシンの発現を免疫染色にて確認した。このことから、メカニカルストレスを負荷することにより新生骨形成が促進する可能性が示唆された。今後は、次世代シーケンサーを用いた網羅的な解析を行い、メカニカルストレスにより活性化されるシグナル伝達経路ならびに骨細胞ネットワークの新たな解明につなげていく。これらから得られた知見は、メカニカルストレスを利用した新しい治療アプローチにつながっていくと考えられる。