異所性骨化モデル動物の確立と骨化の制御、靱帯骨化への応用

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K09570
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 吉井 俊貴 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (50583754)
• 研究分担者: 大川 淳 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30251507) ; 湯浅 将人 東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 助教 (80808254) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 異所性骨化 / 骨化モデル

研究実績の概要

臨床的に外傷に伴う異所性石灰化 骨化は稀ではなく、一度異所性骨化を発症すると関節可動性を大きく損ない、その後のADLに大きく影響する。本研究では、異所性骨化モデルマウス、脊柱靱 骨化モデルマウスの作成、そのメカニズムの解明を行っていく。
先に異所性石灰化を起こすABCC6変異マウスにて、クロドロン酸を用いてマクロファージを抑制することで、石灰化の吸収を抑制したところ、異所性石灰化が異所性骨化へと移行することが確認された。また、線溶系酵素であるプラスミノーゲンノックアウトマウスに筋損傷を与えると、術後1-２週のレントゲンにて、異所性石灰化が高頻度に生じることが分かった。　プラスミノーゲンノックアウト（KO）マウスにおいて筋損傷後に異所性石灰化が認められたことから、プラスミノーゲンが異所性石灰化から保護的に作用していると考えられた。
プラスミノーゲン量がおよそ半分となるプラスミノーゲン部分KOマウスでは、異所性石灰化の量は減少した。さらにこの石灰化を長期的に観察すると、プラスミノーゲンKOマウスでは異所性石灰化が長期に残存するのに対し、プラスミノーゲン部分KOマウスでは経時的に石灰化の吸収が観察されながら一部は骨化へと移行することが確認された。つまり異所性石灰化自体はプラスミノーゲンが抑制している一方で、プラスミノーゲンの存在がその消退や骨化への移行へと必要であることが示唆された。
さらに石灰化から骨化への転換機序解明のため、レポーターマウスにプラスミノーゲンアンチオリゴヌクレオチド（ASO）を投与して薬剤性にプラスミノーゲンを減少させ、筋損傷による異所性石灰化を誘発した。筋損傷3週後から損傷筋においてtdTomatoの発現がIVISにて確認され、したがって異所性石灰化からの骨化機序は内軟骨骨化が主であると示唆された。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

理由
上記のプラスミノーゲンノックアウトマウスに加えて、背部皮膚の広範囲熱傷をおこし、同時にCTX（cardiotoxin）による下腿腓腹筋損傷を加えると障害された
筋肉内で異所性石灰化が発生することを確認している。また同様に石灰化吸収を抑止することで、異所性骨化に移行させられることを確認している。
また、プラスミノーゲン部分KOマウスに関する検討により、異所性石灰化、骨化とプラスミノーゲンとの関連をより詳細に示すごとができた。
さらに、異所性石灰化から骨化がおこる機序について検討も行っている。一般に骨の発生機序として膜性骨化と内軟骨骨化が知られているが、我々は軟骨細胞マーカーであるアグリカンを発現する細胞に特異的にtdTomatoを発現するレポーターマウスにて異所性石灰化からの骨化機序は内軟骨骨化が主であると確認した。
これら異所性骨化モデルの作成、機序の検証はある程度、順調であるが、今後の課題はこれら異所性石灰化から骨化へ移行する機序を解明すること、また骨化をいかに制御していくかである。本年度はコロナ禍で少し研究が遅れた部分もあり、次年度上記課題に対して解決するべく、研究を行っていく。

今後の研究の推進方策

プラスノーゲンKOマウスにおける物理的外傷（下腿三頭筋部分切断）に対して、①NSAIDs ②ビスフォスフォネート（BP）③ヒスタミンH2受容体拮抗薬(H2ブロッカー)④レチノイン酸受容体γアゴニスト（RAR-γ）⑤mTOR阻害薬（ラパマイシン）などによる治療効果を検討する。具体的には種々の外傷を加えた2週/4週後に治療を開始し、X線、マイクロCT、組織標本にて骨化抑制効果を確認する。①-⑥で効果のあった治療を他の異所性骨化モデル（薬剤誘発、熱傷誘発モデル）にも行い、効果を確認する。
またさらにはPAI1阻害剤の線溶系に対する効果が、すでに動物実験などで効果が実証されており、これら異所性骨化モデルマウスに対する、治療薬の候補として検証を行っていく。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍により、予定していた国際学会、国内学会の旅費、参加費の支出ができなかったため。

研究成果

• [雑誌論文] Response to 'Laminectomy is preferred for cervical myelopathy, but laminoplasty may yield better outcomes, including reduced C5 nerve palsy'. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshii T,Egawa S, Chikuda H, Furuya T,Watanabe M et al
  • 雑誌名: J Orthop Sci 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jos.2020.12.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surgical Outcomes in Selective Laminectomy and Conventional Double-Door Laminoplasty for Cervical Spondylotic Myelopathy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshii T,Tomizawa S,Hirai T,Inose H,Yamada T,Egawa S,Kawabata S,Okawa A et al
  • 雑誌名: Orthopedics 巻: 43(4) ページ: e311-315
  • DOI: 10.3928/01477447-20200521-06
• [雑誌論文] Comparison of anterior decompression with fusion and posterior decompression with fusion for cervical spondylotic myelopathy-A systematic review and meta-analysis. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshii T,Egawa S, Chikuda H,Furuya T,Watanabe M et al
  • 雑誌名: J Orthop Sci. 巻: 25(6) ページ: 938-945
  • DOI: 10.1016/j.jos.2019.12.010
• [雑誌論文] Comparison of Perioperative Complications Between Anterior Fusion and Posterior Fusion for Osteoporotic Vertebral Fractures in Elderly Patients: Propensity Score-Matching Analysis Using Nationwide Inpatient Database. (2020)
  • 著者名/発表者名: Morishita S,Yoshii T,Okawa A,Inose H,Hirai T,Takahisda O,Fushimi T,Fujiwara T
  • 雑誌名: Clin Spine Surg 巻: 33(10) ページ: E586-E593
  • DOI: 10.1097/BSD.0000000000000992
• [雑誌論文] Risk factors related to perioperative systemic complications and mortality in elderly patients with osteoporotic vertebral fractures-analysis of a large national inpatient database. (2020)
  • 著者名/発表者名: Morisita S, Yoshii T, Okawa A,Inose H, HIrai T,Yuasa M,Fushimi K,Fujiwara T
  • 雑誌名: J Orthop Surg Res 巻: 15(1) ページ: 518
  • DOI: 10.1186/s13018-020-02050-5
• [雑誌論文] Identification of Predictive Factors for Mechanical Complications After Adult Spinal Deformity Surgery: A Multi-Institutional Retrospective Study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawabata A, Yoshii T, Sakai K, Hirai T, Yuasa M, Inose H, Utagawa K, Hashimoto J, Matsukura Y, Tomori M, Torigoe I, Kusano K, Otani K, Mizuno K, Satoshi S, Kazuyuki F, Tomizawa S, Arai Y, Shindo S, Okawa A
  • 雑誌名: Spine (Phila Pa 1976) 巻: 45(17) ページ: 1185-1192
  • DOI: 10.1097/BRS.0000000000003500.
• [雑誌論文] Effect of bisphosphonates or teriparatide on mechanical complications after posterior instrumented fusion for osteoporotic vertebral fracture: a multi-center retrospective study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawabata A,Yoshii T, HIrai T, Ushio S et al
  • 雑誌名: BMC Musculoskelet Disord 巻: 21(1) ページ: 420
  • DOI: 10.1186/s12891-020-03452-6
• [雑誌論文] Efficacy of Antibiotic-Loaded Hydroxyapatite/Collagen Composites Is Dependent on Adsorbability for Treating Staphylococcus aureus Osteomyelitis in Rats. (2020)
  • 著者名/発表者名: Egawa S,Hirai K,Matsumoto R,Yoshi T,Yuasa M,Okawa A,Sotome S
  • 雑誌名: J Orthop Res 巻: 38(4) ページ: 843-851
  • DOI: 10.1002/jor.24507
• [雑誌論文] Comparison of Perioperative Complications in Anterior Decompression with Fusion and Posterior Decompression with Fusion for Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament: Propensity Score Matching Analysis Using a Nation-Wide Inpatient Database. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshii T, Morishita S, Inose H, Yuasa M, Hirai T, Okawa A, Fushimi K, Fujiwara T.
  • 雑誌名: Spine 巻: 45(16) ページ: E1006-1012
  • DOI: 10.1097/BRS.0000000000003469
• [雑誌論文] Associations between Clinical Symptoms and Degree of Ossification in Patients with Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament: A Prospective Multi-Institutional Cross-Sectional Study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirai T, Yoshii T, Hashimoto J, Mori K, Maki S, Kaito T, Kato S, Nagashima K, Koda M, Ito K, Imagama S, Matsuoka Y, Wada K, Kimura A, Ohba T, Katoh H, Watanabe M, Matsuyama Y, Ozawa H, Haro H, Takeshita K, Matsumoto M, Nakamura M, Yamazaki M, Yuasa M, Inose H, Okawa A, Kawaguchi Y.
  • 雑誌名: J Clin Med. 巻: 9(12) ページ: 4055
  • DOI: 10.3390/jcm9124055
• [雑誌論文] 頸椎後縦靱帯骨化症に対する前方・後方除圧固定術における手術成績と片側上肢麻痺 AMED多施設前向き調査 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴, 江川 聡, 坂井 顕一郎, 草野 和生, 中川 幸洋, 勝見 敬一, 國府田 正雄, 和田 簡一郎, 古矢 丈雄, 松山 幸弘, 竹下 克志, 川口 善治, 今釜 史郎, 松本 守雄, 大川 淳, 山崎 正志.
  • 雑誌名: Journal of Spine Research 巻: 11(3) ページ: 669
• [雑誌論文] 治療法の再整理とアップデートのために 専門家による私の治療 頸椎後縦靱帯骨化症 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴
  • 雑誌名: 日本医事新報 巻: 5041号 ページ: 46-47
• [雑誌論文] 若手医師のための経験すべき"領域別"手術講座(PART 1) 頸椎前方固定術(OPLL) アプローチと除圧の極意 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴
  • 雑誌名: 整形外科Surgical Technique 巻: 10(5) ページ: 570-577
• [雑誌論文] 【脊椎脊髄疾患に対する分類・評価法】(第1章)頸椎 頸椎後縦靱帯骨化症の形態分類 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴
  • 雑誌名: 脊椎脊髄ジャーナル 巻: 33(4) ページ: 285-289
• [学会発表] 頸椎後縦靱帯骨化症に対する手術治療における周術期神経合併症と危険因子AMED・厚労科研研究班多施設前向き調査 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴, 江川 聡, 坂井 顕一郎, 勝見 敬一, 中川 幸洋, 和田 簡一郎, 竹下 克志, 川口 善治, 今釜 史郎, 松本 守雄, 大川 淳, 山崎 正志
  • 学会等名: 第 93 回 日本整形外科学会学術総会
  • 国際学会
• [学会発表] 高齢者骨粗鬆症性 椎体骨折における周術期全身合併症および死亡に関連する因子の検討 全国規模入院データベースを用いた解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森下 真伍, 吉井 俊貴, 大川 淳, 猪瀬 弘之, 平井 高志, 伏見 清秀, 藤原 武男
  • 学会等名: 第 49 回 日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [学会発表] 頚椎後縦靱帯骨化症に対する前方・後方除圧固定術における手術成績と片側上肢麻痺,AMED多施設前向き調査 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴, 江川 聡, 坂井 顕一郎, 草野 和生, 中川 幸洋, 勝見 敬一, 國府田 正雄, 和田 簡一郎, 古矢 丈雄, 松山 幸弘, 竹下 克志, 川口 善治, 今釜 史郎, 松本 守雄, 大川 淳, 山崎 正志,
  • 学会等名: 第 49 回 日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [学会発表] 頚椎後縦靱帯骨化症に対する手術治療における周術期神経合併症と危険因子 厚労科研研究班 多施設前向き調査 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴, 江川 聡, 坂井 顕一郎, 草野 和生, 中川 幸洋, 勝見 敬一, 國府田 正雄, 和田 簡一郎, 古矢 丈雄, 松山 幸弘, 竹下 克志, 川口 善治, 今釜 史郎, 松本 守雄, 大川 淳, 山崎 正志
  • 学会等名: 第29回日本脊椎インストゥルメンテーション学会
• [学会発表] 硬膜瘻孔を伴うヘモジデリン沈着症に対するMRI balanced sequence法を使用した瘻孔部位同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴, 平井 高志, 湯浅 将人, 小沼 博明, 猪瀬 弘之, 大川 淳
  • 学会等名: 第 49 回 日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [図書] Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament (Third Edition) (2020)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Yoshii
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-15-3854-4