| 研究課題/領域番号 |
21J13006
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
井上 翔太 神戸大学, 保健学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| キーワード | 脆弱性骨折 / 内軟骨性骨化 / 超音波 / 機械的刺激 / 骨細胞 / 骨芽細胞 / Piezo1 |
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| 研究実績の概要 |
超音波による脆弱性骨折の新規治療法の社会実装を目指し、その基盤となる治癒機序を解明することを目的に、超音波照射が脆弱性骨折の治癒過程に与える影響を検討した。これまでの研究から、骨折治癒促進法として保険収載されている低出力超音波パルス（LIPUS）よりも高強度の超音波刺激が、より効率的に骨形成を促進できる可能性を見出した。本研究では、まず、骨折後の内軟骨性骨化に超音波照射が与える影響を明らかにするために、マウス脆弱性骨折モデルに対し、毎日20分間、異なる強度（0.04 W/cm2、0.2 W/cm2）の超音波を照射し、骨折治癒過程を評価した。LIPUSの照射は骨折治癒過程に明らかな影響を与えなかった一方で、0.2 W/cm2の超音波照射により、仮骨中の骨塩量および新生骨量が増加しており、LIPUSよりも高強度の超音波が仮骨の石灰化を促進できることが明らかとなった。さらに、マイクロCTと組織学的解析により仮骨量を評価したところ、0.2 W/cm2の超音波照射は骨折1～3週のすべての時点で仮骨量が小さく、高強度の超音波は仮骨の肥大化を経ずに骨折治癒を促進することが示唆された。最後に、内軟骨性骨化の主な特徴である軟骨形成に超音波刺激が与える影響を調査した。組織学的に骨折部周囲の軟骨面積を定量したところ、高強度の超音波照射が、骨折1週時点の仮骨内の軟骨を増加させることが明らかとなった。以上のことから、LIPUSよりも高強度の超音波照射は、骨折後早期の軟骨形成および仮骨の石灰化を促進することで、内軟骨性骨化を介した骨折治癒を促進できることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初予定通り、超音波が脆弱性骨折に与える影響を明らかにできたが、マウス初代培養細胞の単離方法の確立に想定以上に時間を要したため、進捗がやや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度確立したマウス脆弱性骨折モデルに、機械的刺激を感受するPiezo1阻害剤を投与した上で、超音波照射する実験を実施し、超音波による脆弱性骨折の治癒促進機序を明らかにする予定である。さらに、Ocy454骨細胞株とMC3T3-E1骨芽細胞株を対象としたin vitro実験を実施予定である。骨細胞と骨芽細胞の共培養系に超音波照射し、その後の遺伝子発現をqPCRにより解析する。また、RNA干渉により、骨細胞中のPiezo1発現を抑制したうえで、同様に、超音波介入・分析を行う。これらの実験から、骨細胞と骨芽細胞が超音波刺激を感受・応答し、骨形成を促進する機序を明らかにする。
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