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2013 年度 実施状況報告書

三次元的骨細胞ネットワークと機械的刺激の関連性について

研究課題

研究課題/領域番号 24593090
研究機関岡山大学

研究代表者

菅原 康代  岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (70379775)

研究分担者 柳田 剛志  岡山大学, 大学病院, 助教 (90534793)
村上 隆  岡山大学, 大学病院, 助教 (00534786)
石原 嘉人  岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (70549881)
住吉 久美  岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (80625161)
キーワード骨細胞 / 骨芽細胞 / メカニカルストレス
研究概要

骨細胞はメカニカルストレスを感知し、骨代謝を制御すると考えられており、国内外で注目されている細胞である。骨代謝の不調は歯科矯正学における歯の移動が困難になるだけでなく、各種の骨疾患の原因ともなるため、骨細胞の機能を知ることは重要である。しかしながら、これまで骨細胞は周囲を硬い骨基質中で覆われているため、その3次元構造を観察することさえ困難であった。そのため、骨組織中の骨細胞の突起によるネットワークが本当にメカニカルストレスを感知し、機能が変化するかどうかは未だ解明されておらず不明である。
そこで我々の研究グループが考案した、骨組織中の骨細胞、骨芽細胞のアクチン線維を蛍光色素と共焦点レーザー顕微鏡を用いて3次元構築し、形態計測をおこなう方法を本研究に用いることとした。近年マウスへの応用が可能となったため、メカニカルストレスが通常通り負荷されたマウスと軽減されたマウスを実験動物として使用した。その結果メカニカルストレスが軽減されたマウスの骨細胞の配列は通常通り付加されたマウスと比べ、不規則になった。また、骨細胞1個から出る突起の数は優位に減少した。さらに、突起の長さ、細胞表面積、細胞体積も優位に減少した。また、骨細胞核配列も、規則正しい配列から、不規則になった。これらの事からメカニカルストレスの有無が骨細胞の配列や形態を変化することが分かった。これらの変化は長管骨で実験を行ったが、その中でも皮質骨の骨細胞により大きな変化が現れた。
さらに、骨の中のカルシウム動態を調べる実験も合わせて行った。その結果、生きた骨の中の骨細胞および骨芽細胞のカルシウム動態をリアルタイムで観察できた。

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

骨の実験的モデルマウスの確立と骨細胞ネットワークの三次元的形態観察および機能観察が本年度の実施計画予定であった。現在まで、メカニカルストレスの軽減されたマウスの長管骨を作成し、その形態を3次元的に形態観測を行い、メカニカルストレスの有無が骨細胞の配列や形態を変化させることをつきとめることができた。また、生きた骨の中のカルシウム動態を見る手法を確立しているため、これらの実験的モデルマウスに応用する段階となったことより、おおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

今後、上記の実験的モデルマウスから骨細胞を単離し、メカニカルストレスを付与された細胞と軽減された細胞を観察し、変化を調べていくこととする。また、メカニカルストレスが骨細胞の機能まで影響を及ぼしているかをネットワークの成り立ちの面から探っていく。さらに、生きた骨の中の動態についてもあわせて観察していく予定である。

次年度の研究費の使用計画

本年度は実験モデル動物の作成に時間を費やしたため、備品の購入には至らなかったことが次年度使用額が生じた理由である。本年度は実験モデルマウスを確立し、それらの形態観察やまた、メカニカルストレスを負荷または軽減することによる骨細胞のネットワークの変化を追うことができたため、次年度、備品を購入し、さらなる解析および観察を行うとともに動的変化を追っていく。また、今年度は海外出張研修や、海外学会発表を行わなかったため旅費の支出が計画よりなかったことも理由である。また、実験自体も今年度は研究代表者及び研究分担者で行ったため、謝金や人件費を支出しなかったことも次年度使用額が生じた理由である。
本年度、実験モデルマウスを確立することができた。そのため、次年度は顕微鏡を備品として購入し、実験動物の解析およびメカニカルストレスによる骨細胞ネットワークの変化を詳細に観察及び計測していく。また、次年度は海外学会発表や研修なども行っていく予定である。また、実験に関する人件費、謝金等に関しても必要に応じて支出し、実験自体を計画通りの目標に向けて遂行、達成していく予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] The early mouse 3D osteocyte network in the presence and absence of mechanical loading2013

    • 著者名/発表者名
      Sugawara Y, Kamioka H, Ishihara Y, Fujisawa N, Kawanabe N, Yamashiro T
    • 雑誌名

      Bone

      巻: 52 ページ: 189-96

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ex vivo real-time observation of Ca(2+) signaling in living bone in response to shear stress applied on the bone surface2013

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Y, Sugawara Y, Kamioka H, Kawanabe N, Hayano S, Balam TA, Naruse K, Yamashiro T
    • 雑誌名

      Bone

      巻: 53 ページ: 204-15

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regulation of CCN1 via the 3'-untranslated region2013

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa Y, Minato M, Sumiyoshi K, Maeda A, Hara C, Murase Y, Nishida T, Kubota S, Takigawa M
    • 雑誌名

      J Cell Commun Signal

      巻: 7 ページ: 207-17

    • DOI

      10.1007/s12079-013-0202-x.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel role of miR-181a in cartilage metabolism2013

    • 著者名/発表者名
      Sumiyoshi K, Kubota S, Ohgawara T, Kawata K, Abd El Kader T, Nishida T, Ikeda N, Shimo T, Yamashiro T, Takigawa M
    • 雑誌名

      J Cell Biochem

      巻: 114 ページ: 2094-100

    • DOI

      10.1002/jcb.24556.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gap-junction-mediated communication in human periodontal ligament cells.2013

    • 著者名/発表者名
      Kato R, Ishihara Y, Kawanabe N, Sumiyoshi K, Yoshikawa Y, Nakamura M, Imai Y, Yanagita T, Fukushima H, Kamioka H, Takano-Yamamoto T, Yamashiro T.
    • 雑誌名

      J Dent Res

      巻: 92 ページ: 635-40

    • DOI

      10.1177/0022034513489992.

    • 査読あり
  • [学会発表] 生きた骨組織中で起こる細胞応答のイメージング2013

    • 著者名/発表者名
      石原 嘉人, 菅原 康代、上岡寛、成瀬恵治、山城隆
    • 学会等名
      第33回日本骨形態計測学会
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      20130704-20130706
  • [学会発表] Ex-vivo imaging of fluid flow-induced intracellular Ca2+ oscillations of osteoblasts and osteocytes in bone2013

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Y, Sugawara Y, Kamioka H, Kawanabe N, Naruse K, Yamashiro T
    • 学会等名
      89th Congress of the European orthodontic society
    • 発表場所
      Reykjavik, Iceland
    • 年月日
      20130626-20130629
  • [学会発表] The early mouse 3D osteocyte network in the presence and absence of mechanical loading2013

    • 著者名/発表者名
      Sugawara Y, Kamioka H, Ishihara Y, Fujisawa N, Kawanabe N, Yamashiro T
    • 学会等名
      2nd Joint Meeting of the International Bone and Mineral Society and the Japanese Society for Bone and Mineral Research
    • 発表場所
      Kobe, Japan
    • 年月日
      20130528-20130601
  • [学会発表] Ex vivo real-time observation of Ca2+ signaling in living bone in response to shear stress applied on the bone surface2013

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Y, Sugawara Y, Kamioka H, Kawanabe N, Satoru Hayano, TA Balam, Naruse K, Yamashiro T
    • 学会等名
      2nd Joint Meeting of the International Bone and Mineral Society and the Japanese Society for Bone and Mineral Research
    • 発表場所
      Kobe, Japan
    • 年月日
      20130528-20130601

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公開日: 2015-05-28  

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