| 研究課題/領域番号 |
25220912
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
中野 貴由 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30243182)
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| 研究分担者 |
松本 卓也 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授 (40324793)
山本 雅哉 京都大学, 再生医科学研究所, 准教授 (10332735)
石本 卓也 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50508835)
當代 光陽 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10610800)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| キーワード | 骨配向化 / 人為的制御 / 生体アパタイト / オステオサイト / 応力場 / 高分解能3DX線顕微鏡 / ナノ相変態 / 人工材料創製 |
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| 研究概要 |
骨配向化のためのマテリアルボーンバイオロジー構築のため、(A)配向化メカニズム解明、(B)骨配向化促進材料創製、を両輪とした研究に取り組んでいる。
項目(A)については、遺伝子・分子、細胞、骨組織レベルでの配向化制御因子の同定、メカニズムの解明に向け、平成25年度は、それを可能とする動物モデルや解析法の確立を行った。マウスを主とする遺伝子組換え動物（自然発生型を含む）を準備するとともに、骨組織への外場としてのin vivo応力場での人為的負荷ラットモデルの構築に成功した。同時に、材料工学的解析手法（透過型・反射型光学系の微小領域X線回折法、特殊回転仕様レーザーラマン顕微鏡等）による生体アパタイト・コラーゲン配向性の定量解析法を樹立した。さらに、配向化を決定すると仮説を立てているオステオサイトの形態を、共焦点レーザー顕微鏡ならびに当該年度導入した高分解能3DX線顕微鏡にてサブミクロンオーダーの分解能にて可視化に成功するとともに、三次元にて定量化する手法を確立した。細胞レベルでのオステオサイト形態と配向性の相関関係についても定量的に解明し、骨配向化に対するオステオサイトの寄与、さらには血管との相関が明らかになりつつあり、当初計画以上の成果を得たものと言える。
項目(B)については、配向化骨誘導を促進する生体用金属材料の開発、ならびにそれ自体が生体機能を発現し得る新規概念の人工材料の開発に着手した。特に後者については、材料工学的視点から、金属材料のナノ相変態現象を巧みに利用することで、骨の発揮する力学的機能適応能を発現する材料の構造・組織デザインと基礎物性評価を既に開始している。
今後は、項目(A)で得た配向化メカニズムに関する知見を、項目(B)における人工材料創製による配向化形成に活かし、両項目間での知見を融合することで、本課題を加速的に推進することが可能となっている。
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| 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】に記述のとおり平成25年度に計画していた以下の項目は、一部計画を前倒ししつつ遂行した。以下に、代表的な項目ごとの進展度を示す。なお、記号の意味は、◎：当初計画以上に進展、○：計画通り進展、とする。
① 遺伝子ノックアウト、遺伝子組み換え（もしくは自然発生型）動物の準備（○）、② 材料工学的手法を駆使しての、アパタイト・コラーゲン配向性の定量化（◎：解析手法確立まで実施し、計画以上に進展した）、③ マイクロアレイによる配向化関連遺伝子活性のスクリーニングの試み（○）、④ オステオサイト形態の三次元解析を可能とする手法の樹立（◎）、オステオサイト三次元形態と配向性との関連性の解明（◎：血管との相関性を含め計画以上の成果を得た）、⑤ 骨類似機能を人工的に発揮可能とする人工材料ならびに、骨配向化を目指した再生医学的手法の確立に着手（◎：ナノ相変態（詳細は未公開）に関して計画以上に進展した）
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。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度に当初計画を上回り研究が進展し、試料確保や解析手法の確立、注目因子の候補（未公開）の選定が既に完了したことから、（A）配向化メカニズム解明、（B）骨配向化促進材料創製に本格的に取り組むための環境が当初計画を超えて整備されたといえる。
平成26年度は、前年度の成果を踏まえ、ノックアウト・遺伝子組み換え動物骨における配向性定量解析、マイクロアレイによる関連遺伝子のスクリーニング、オステオサイトの応力感受機能の形態学的・生物学的定量解析により、種々のレベルでの配向化制御因子ならびに配向化メカニズムの解明を目指す。得られた配向化因子・メカニズムに関する知見は、下記の配向化促進人工材料の設計に活かし、最終的には、生体内メカニズムを人工的に発動させるような新規材料の創製につなげる。
さらに、前年度から着手している骨類似機能を発揮する人工材料については、変形挙動を定量的に解析するとともに、それに基づき構造・組織設計の最適化を図る。同時に、骨の人為的配向化のため、生体内外にて応力場の負荷を可能とする実験系を構築する。
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