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2022 年度 実績報告書

in vivo力覚イメージング法の開発と骨のメカノバイオロジーへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 22H02826
配分区分補助金
研究機関同志社大学

研究代表者

西川 恵三  同志社大学, 生命医科学部, 教授 (30516290)

研究分担者 福永 鷹信  九州大学, 工学研究院, 技術職員 (60591196)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード力覚 / 骨 / オステオサイト / 二光子励起顕微鏡 / in vivo / イメージング / ATP / マウス
研究実績の概要

生体を構成するすべての細胞は、多様な力学的環境にさらされており、外界からの‘機械的な刺激’を感受することで、自らの状態を変化させる。今や、この力覚機構は、生体の恒常性維持にかかわる基幹的制御として認識されており、生命現象を理解するための重要な研究課題になっている。本研究では、最新の顕微鏡技術を発展・改良することで、未だ研究が立ち遅れている力覚のin vivoイメージング研究に取り組む。
本年度は、生きたマウスの脛骨に対して様々な力学的負荷(免荷ならびに静荷重)を加えつつ、生体骨組織をライブ観察する生体イメージング法の確立に取り組んだ。動物を生きた状態でライブ観察するためには、観察対象を不動化するための固定具が必要となる。マイクロCT画像などのマウス脛骨に関する形態情報をもとに、熱溶解積層方式および光造形方式の3Dプリンタを用いて固定具の試作品を作製し検討を行った結果、7ニュートンまでの静荷重負荷下における骨組織内の定点観察法を確立した。さらに、本方法を、第二次高調波発生による骨組織の主成分であるコラーゲン組織と、全身の細胞で赤色蛍光タンパク質を発現するマウスを用いることで骨組織内のオステオサイトを同時に観察する方法を組み合わせることで、脛骨の長軸方向に様々な静荷重負荷を加えつつ、同一視野のオステオサイトとコラーゲン構造をライブ観察する実験方法を確立した。本年度の研究によって、従来研究では不可能とされていた生きたマウスの脛骨内の力覚のin vivoイメージング法の確立に成功を収めた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度では、当初の計画通りに力覚のin vivoイメージング法を確立することができたことに加えて、本方法を用いることで様々な大きさの静荷重負荷を加えた骨組織内の観察に成功を収めており、おおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

今後は、力学的刺激に伴って変動するメカノメディエイターのひとつとして知られるATPに着目し、ATPに対するFRET型バイオセンサーGOATeamをオステオサイトで発現するマウスを樹立することで、様々な静荷重負荷に対するオステオサイトの力覚応答をATP変動を指標とすることで明らかにすることに取り組む。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Opa1-mediated mitochondrial dynamics is important for osteoclast differentiation.2022

    • 著者名/発表者名
      Nishikawa K, Takegami H and Sesaki H
    • 雑誌名

      microPublication Biology

      巻: 15 ページ: -

    • DOI

      10.17912/micropub.biology.000650

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Determination of the physiological range of oxygen tension in bone marrow monocytes using two-photon phosphorescence lifetime imaging microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Narazaki A, Shimizu R, Yoshihara T, Kikuta J, Sakaguchi R, Tobita S, Mori M, Ishii M and Nishikawa K
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-022-07521-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Osteoblast-derived vesicles induce a switch from bone formation to bone resorption in vivo2022

    • 著者名/発表者名
      Uenaka M, Yamashita E, Kikuta J, Morimoto A, Ao T, Mizuno H, Furuya F, Hasegawa T, Tsukazaki T, Sudo T, Nishikawa K, Okuzaki D, Motooka D, Kosaka N, Sugihara F, Boettger T, Braun T, Ochiya T and Ishii M
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41467-022-28673-2

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Elevated autophagy degrading Notch intracellular domain in osteoblasts promotes osteoblast differentiation and alleviates osteoporosis2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshida G, Kawabata T, Takamutsu H, Saita S, Nakamura S, Nishikawa K, Fujiwara M, Enokidani Y, Yamamuro T, Tabata K, Hamasaki M, Ishii M, Kumanogoh A and Yoshimori T
    • 雑誌名

      Autophagy

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.1080/15548627.2021.2017587

    • 査読あり
  • [学会発表] 生体骨組織の正しい酸素濃度情報に基づいた新たな低酸素応答の研究2023

    • 著者名/発表者名
      西川恵三
    • 学会等名
      第7回日本CKD-MBD学会学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] 破骨細胞のエピジェネティクス研究~細胞を取り巻く代謝環境との新たなクロストーク~2022

    • 著者名/発表者名
      西川恵三
    • 学会等名
      第37回日本整形外科学会基礎学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] 二光子りん光寿命イメージング法を用いた酸素生物学研究2022

    • 著者名/発表者名
      西川恵三
    • 学会等名
      第44回日本光医学・光生物学会年会
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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