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2018 年度 実績報告書

骨基質配向化機構解明のための骨生物材料科学の構築

研究課題

研究課題/領域番号 17H06224
研究機関大阪大学

研究代表者

中野 貴由  大阪大学, 工学研究科, 教授 (30243182)

研究分担者 石本 卓也  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50508835)
松垣 あいら  大阪大学, 工学研究科, 助教 (10592529)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
キーワード骨生物材料科学 / 破骨細胞 / 共培養 / 血管ネットワーク
研究実績の概要

遺伝子や機能性タンパク質レベルでの骨基質配向性の制御機構解明に挑戦し、「骨生物材料科学」という新たな学術分野を開拓する。破骨細胞系・造血幹細胞系遺伝子欠損マウス(詳細は非公開)の骨・血管構造に注目し、新学術分野開拓を目指し研究を進めている。本年度は、昨年度確立した骨基質配向性可視化手法を駆使しつつ、本年度導入した骨梁構造異方性解析のための特殊仕様骨形態計測ソフトウェアを用いた構造解析に基づき、具体的には以下の(A)~(D)の4つの大項目について研究を実施した。

(A) 遺伝子欠損マウスにより、骨基質配向化機構を解明(in vivo):破骨細胞系・造血幹細胞系遺伝子欠損マウス摘出骨に対して材料学的解析(骨生物材料解析顕微鏡、微小領域X線回折法、レーザラマン顕微鏡等)および生物学的解析(各種組織染色、免疫組織化学、リアルタイムRT-PCR等)を行い、破骨細胞系・造血幹細胞系遺伝子欠損による骨基質配向化への影響を可視化し、定量的に明らかにした。
(B) 異種細胞共培養モデルを駆使した骨基質配向化機構解明(in vitro):昨年度構築した異種細胞間の可溶性分子による相互作用を再現可能な異方性培養系を駆使し、遺伝子レベルからの骨基質配向化機構の一端を明らかにした。
(C) 骨組織培養を用いた骨基質配向性制御機構解明(ex vivo):遺伝子欠損マウス摘出骨を用いた骨組織培養モデルを構築し、複雑な生体内因子の影響を排除した生体外において骨培養し配向化現象を理解することで、骨配向性制御に関与する細胞・分子群の抽出を可能とした。
(D) 血管構造可視化により、血管―骨組織相互作用に基づく骨基質配向化機構解明:遺伝子欠損マウスにおける血管ネットワーク構造の可視化・定量的解析手法に基づき、部位に応じた血管構造の異方性と力学機能との相関関係について明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

「研究実績の概要」に記述のとおり、今年度(平成30年度)に計画していた以下の項目は、当初の計画を上回り進展した。特に、今年度は昨年度までに確立した遺伝子欠損マウスの骨配向性ならびに血管構造の可視化・解析手法を用い、骨配向性を制御する機能性タンパク質レベルでの配向化機序解明に取り組み、骨の異種細胞間相互作用を介した配向化機構の一端を明らかにしたことは極めて意義深い。以下に、代表的な項目ごとの進捗を示す。なお、記号の意味は、◎:当初の計画以上に進展、〇:計画どおり進展、とする。

(A)遺伝子欠損マウスにより、骨基質配向化機構を解明(◎)、(B)細胞共培養モデルにより骨基質配向化機構を解明(◎)、(C)骨組織培養を用いた骨基質配向性制御機構解明(〇)(D)遺伝子欠損マウスにおける血管ネットワーク構造の可視化・定量的解析手法の確立(〇)
以上より、総合的に「当初の計画以上に進展している(◎)」と自己評価する。

今後の研究の推進方策

平成30年度に計画していた研究項目は、一部計画を前倒ししつつ進展し、共培養モデルによる骨関連細胞間相互作用に基づく配向化機序の解明および血管ネットワーク構造の定量的解析手法の確立が既に完了したことから、「骨生物材料科学」構築のための骨配向化の生物学的機序(詳細は非公開)が明らかになりつつある。
次年度は、今年度までの成果を踏まえ、in vivo、in vitro、ex vivo、血管ネットワークの融合的手法に基づき、生物機能が作り出す多彩な配向化基質を対象に、材料学と生物学の融合分野としての新学術分野の構築を目指す。

  • 研究成果

    (54件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 3件、 招待講演 8件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Unique arrangement of bone matrix orthogonal to osteoblast alignment controlled by Tspan11-mediated focal adhesion assembly2019

    • 著者名/発表者名
      Yohei Nakanishi, Aira Matsugaki, Kosuke Kawahara, Takafumi Ninomiya, Hiroshi Sawada, Takayoshi Nakano
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 209 ページ: 103-110

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2019.04.016

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of bifunctional oriented bioactive glass / poly(lactic acid) composite scaffolds to control osteoblast alignment and proliferation2019

    • 著者名/発表者名
      Sungho Lee, Aira Matsugaki, Toshihiro Kasuga, Takayoshi Nakano
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Materials Research Part A

      巻: 107 ページ: 1031-1041

    • DOI

      10.1002/jbm.a.36619

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 骨代謝とアパタイト配向性2019

    • 著者名/発表者名
      小笹良輔、石本卓也、中野貴由
    • 雑誌名

      腎と骨代謝

      巻: 32 ページ: 45-50

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Osteoporosis changes collagen/apatite orientation and Young’s modulus in vertebral cortical bone of rat,2019

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Ozasa, Takuya Ishimoto, Sayaka Miyabe, Jun Hashimoto, Makoto Hirao, Hideki Yoshikawa, Takayoshi Nakano
    • 雑誌名

      Calcified Tissue International

      巻: 104 ページ: 449-460

    • DOI

      10.1007/s00223-018-0508-z

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic Collision Behavior Between Osteoblasts and Tumor Cells Regulates the Disordered Arrangement of Collagen Fiber/Apatite Crystals in Metastasized Bone2018

    • 著者名/発表者名
      A. Matsugaki, T. Harada, Y. Kimura, A. Sekita, T. Nakano
    • 雑誌名

      Int. J. Mol. Sci.

      巻: 19 ページ: 3474

    • DOI

      10.3390/ijms19113474

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 配向化骨の早期形成を目指した新規脊椎ケージの設計・開発2018

    • 著者名/発表者名
      高橋 広幸, 石本 卓也, 小林 佳弥, 伊東 学, 井上 貴之, 中島 義雄, 中野 貴由
    • 雑誌名

      臨床バイオメカニクス

      巻: 39 ページ: 199-206

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of human induced pluripotent stem cell-derived oriented bone matrix microstructure by using in vitro engineered anisotropic culture model2018

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Ozasa, Aira Matsugaki, Yoshihiro Isobe, Taro Saku, Yun Hui-suk, Takayoshi Nakano
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Materials Research: Part A

      巻: 106 ページ: 360-369

    • DOI

      10.1002/jbm.a.36238

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Trabecular health of vertebrae based on anisotropy in trabecular architecture and collagen/apatite micro-arrangement after implantation of intervertebral fusion cages in the sheep spine2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ishimoto, Katsuhisa Yamada, Hiroyuki Takahashi, Masahiko Takahata, Manabu Ito, Takao Hanawa, Takayoshi Nakano
    • 雑誌名

      Bone

      巻: 108 ページ: 25-33

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 血管中膜におけるコラーゲン/エラスチン線維配向性解明のための定量的解析手法の確立2018

    • 著者名/発表者名
      小笹良輔、永石武流、山崎大介、松垣あいら、神崎万智子、倉谷徹、森井英一、坂田泰史、中野貴由
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 82 ページ: 64-69

    • DOI

      10. 2320/jinstmet.J2017060

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 生体イメージング法による骨髄内血管網の可視化2018

    • 著者名/発表者名
      小笹良輔、中野貴由
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 57 ページ: 598

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 骨配向化誘導のためのチタン表面形状制御による新規生体材料創製2018

    • 著者名/発表者名
      松垣あいら、中野貴由
    • 雑誌名

      チタン

      巻: 66 ページ: 759-763

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 材料学的視点からの骨基質配向性構造の解明ならびに骨配向化促進に向けた骨代替材料の開発2018

    • 著者名/発表者名
      中野貴由、石本卓也
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 10 ページ: 759-763

    • 査読あり
  • [学会発表] 生体硬組織における異方性結晶配向性組織の形成と支配因子2019

    • 著者名/発表者名
      中野貴由
    • 学会等名
      大阪大学ナノテクノロジー設備供用拠点 微細構造解析プラットフォーム2018年度第2回地域セミナー
  • [学会発表] 骨粗しょう症による骨質指標としての骨基質配向性への影響2019

    • 著者名/発表者名
      中野貴由
    • 学会等名
      第40回長崎骨粗鬆症研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 再生部の牽引を用いた再生骨配向化促進2019

    • 著者名/発表者名
      石本卓也、杉本昌太、松垣あいら、中野貴由、吉田清志、大槻大、吉川秀樹
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • [学会発表] 材料表面形状制御に基づく直交性骨配向化機構2019

    • 著者名/発表者名
      松垣あいら、中西陽平、中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • [学会発表] コラーゲン/エラスチン配向性の血管機能における役割2019

    • 著者名/発表者名
      小笹良輔、永石武流、神崎万智子、坂田泰史、森井英一、倉谷徹、中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • [学会発表] がん細胞との動的相互作用に基づく骨芽細胞配列制御機構2019

    • 著者名/発表者名
      原田樹、松垣あいら、中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • [学会発表] 破骨細胞・骨芽細胞間連携による骨基質配向化機構2019

    • 著者名/発表者名
      森口敦、小笹良輔、松垣あいら、中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • [学会発表] 妊娠および授乳関連性骨粗鬆症における骨配向性変化2019

    • 著者名/発表者名
      中村郁仁、小笹良輔、中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • [学会発表] 骨再生・疾患における骨質因子としての骨基質配向性2018

    • 著者名/発表者名
      中野貴由
    • 学会等名
      日本補綴歯科学会第127回学術大会
    • 招待講演
  • [学会発表] サンゴ骨格バイオミネラルの結晶配向化の材料学的解明2018

    • 著者名/発表者名
      安冨淳平、石本卓也、 上田正人、中野貴由
    • 学会等名
      日本材料学会第67期通常総会・学術講演会
  • [学会発表] 骨配向を目指したデジタルインプラントの研究開発2018

    • 著者名/発表者名
      澤瀬隆、黒嶋信一郎、中野貴由
    • 学会等名
      第38回日本骨形態計測学会
  • [学会発表] ナノ周期表面構造による骨芽細胞および骨基質配向化機構2018

    • 著者名/発表者名
      中西 陽平、松垣 あいら、中野 貴由
    • 学会等名
      第38回日本骨形態計測学会
  • [学会発表] Apolipoprotein Eの骨配向性制御機構への関与2018

    • 著者名/発表者名
      小笹 良輔、佐々木 恭平、中野 貴由
    • 学会等名
      第38回日本骨形態計測学会
  • [学会発表] がん細胞との相互作用による骨芽細胞配列化破綻2018

    • 著者名/発表者名
      松垣 あいら、木村 友美、原田 樹、中野 貴由
    • 学会等名
      第38回日本骨形態計測学会
  • [学会発表] コラーゲン/アパタイト配向性を指標とした 骨疾患機構の解明とデバイス開発2018

    • 著者名/発表者名
      中野貴由
    • 学会等名
      第3回先端獣医療コンソーシアム シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis and control of anisotropic bone extracellular matrix for development of bone replacement devices2018

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Nakano
    • 学会等名
      Thermec’2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of bone matrix perpendicular to osteoblast alignment in response to nanogrooves2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakanishi, A. Matsugaki, T. Nakano
    • 学会等名
      Biomaterials International 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis and control of anisotropic bone matrix based on materials scientific approach2018

    • 著者名/発表者名
      T. Nakano
    • 学会等名
      Biomaterials International 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 異方性に着目した骨の材質(微細構造、力学機能)評価2018

    • 著者名/発表者名
      石本卓也、中野貴由
    • 学会等名
      平成30年度細胞・動物実験講習会
  • [学会発表] ヒトiPS 細胞由来骨芽細胞による配向化骨基質の形成2018

    • 著者名/発表者名
      小笹良輔、松垣あいら、中野貴由
    • 学会等名
      第36回日本骨代謝学会学術集会
  • [学会発表] バイオマテリアル科学に基づく細胞・骨基質配向化イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      松垣 あいら、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 骨異方性解明のための材料工学的手法を駆使した骨イメー ジング2018

    • 著者名/発表者名
      石本 卓也  中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] 骨粗鬆症ラットにおける骨の力学機能適応機構2018

    • 著者名/発表者名
      小笹良輔、石本卓也、宮部さやか、橋本淳、吉川秀樹、中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] 骨延長法における骨配向化促進とその機序解明2018

    • 著者名/発表者名
      杉本 昌太、石本 卓也、松垣 あいら、中野 貴由、吉田 清志、大槻 大、吉川 秀樹
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] 血流パラメータによる血管中膜配向性への影響2018

    • 著者名/発表者名
      永石 武流、小笹 良輔、神崎 万智子、森井 英一、倉谷 徹、坂田 泰史、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] ナノ表面形状制御による骨芽細胞および骨基質配向化機構2018

    • 著者名/発表者名
      中西 陽平、松垣 あいら、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] 骨基質配向化に与える内軟骨性骨化の影響2018

    • 著者名/発表者名
      奥田 菜月、石本 卓也、田中 政已、渡辺 実、天野 均、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] 中性脂肪代謝による骨配向性制御機構への関与2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木 恭平、小笹 良輔、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] がん細胞との相互作用による骨芽細胞配列変化機構2018

    • 著者名/発表者名
      原田 樹、松垣 あいら、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] 細胞間相互作用による骨組織配向化機構への関与2018

    • 著者名/発表者名
      森口 敦、小笹 良輔、松垣 あいら、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
  • [学会発表] 医歯薬工連携研究に於けるハードルと夢~生体材料工学研究者の立場から2018

    • 著者名/発表者名
      中野貴由
    • 学会等名
      第40回日本バイオマテリアル学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 骨コラーゲン/アパタイト結晶配向性の定量的解析と骨再生機構解明2018

    • 著者名/発表者名
      石本卓也
    • 学会等名
      第40回日本バイオマテリアル学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノ表面構造による特異な「直交性骨基質配向化」機構2018

    • 著者名/発表者名
      松垣あいら、中西陽平、川原公介、二宮孝文、沢田博司、中野貴由
    • 学会等名
      第40回日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] 骨組織・機能異方性の定量解析とそれに基づく骨再建2018

    • 著者名/発表者名
      石本卓也
    • 学会等名
      第1回日本金属学会第4分野講演会
  • [学会発表] 骨粗鬆症ラットの椎骨におけるコラーゲン/アパタイト配向性変化2018

    • 著者名/発表者名
      小笹良輔、石本卓也、宮部さやか、橋本淳、吉川秀樹、中野貴由
    • 学会等名
      第1回日本金属学会第4分野講演会
  • [学会発表] 内軟性骨化と骨基質配向性の関連の解明2018

    • 著者名/発表者名
      奥田菜月、石本卓也、田中政巳、渡辺実、天野均、中野貴由
    • 学会等名
      第1回日本金属学会第4分野講演会
  • [学会発表] ApolipoproteinEの骨配向性制御機構への寄与2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木恭平、小笹良輔、中野貴由
    • 学会等名
      第1回日本金属学会第4分野講演会
  • [学会発表] がん細胞との細胞間シグナルに基づく骨芽細胞配列制御挙動2018

    • 著者名/発表者名
      原田樹、松垣あいら、中野貴由
    • 学会等名
      第1回日本金属学会第4分野講演会
  • [学会発表] 破骨細胞由来因子による骨組織配向性への関与2018

    • 著者名/発表者名
      森口敦、小笹良輔、松垣あいら、中野貴由
    • 学会等名
      第1回日本金属学会第4分野講演会
  • [図書] バイオマテリアルサイエンス 第2版-基礎から臨床まで2018

    • 著者名/発表者名
      山岡哲二、大矢裕一、中野貴由、石原一彦
    • 総ページ数
      211
    • 出版者
      東京化学同人
    • ISBN
      978-4-8079-0906-3
  • [図書] ヴィジュアルでわかるバイオマテリアル 改訂第3版、時代をリードする先端バイオマテリアル2018

    • 著者名/発表者名
      中野貴由(分担執筆)
    • 総ページ数
      163
    • 出版者
      株式会社学研メディカル秀潤社
    • ISBN
      978-4780909630
  • [備考] 中野研究室HP

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/msp6/nakano/

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公開日: 2019-12-27  

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