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2015 年度 実績報告書

応力場を用いた骨質制御による骨力学機能化

研究課題

研究課題/領域番号 25420755
研究機関大阪大学

研究代表者

石本 卓也  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50508835)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード骨質 / 力学機能 / 配向性 / OCY / 人為的力学負荷
研究実績の概要

応力場を用いた骨質制御による骨力学機能化の達成のため、① 骨中で応力感受を担うと期待しているオステオサイト(OCY)を介した外的力学刺激によるアパタイト配向性改変機構の解明、② 応力場を用いたin vivoでの配向性、骨力学機能の人為的制御を両輪として研究を遂行した。
正常骨、疾患骨を用いて、生理的状態よりも大きな力学的負荷(一軸応力)を人為的に動物骨へ負荷した場合、骨量のみならず応力方向への配向性が顕著に変化し、応力の骨質に対する影響が明らかとなった。結果として、骨の力学機能が上昇し、応力場を用いた骨質制御による骨力学機能制御を達成した。
さらに、高配向化した骨において、骨小腔(OCYが存在する骨中の微小孔空間)形態が顕著に変化し、刺激に対してOCYがその形状を変えることで応力感受効率を最適化する可能性を初めて見出した。
さらに、疾患骨ならびに再生骨においても配向化制御を達成した。疾患骨の場合は、特定の生物学的状況下にて力学負荷を与えると正常時よりも骨質が向上することを示した。したがって、力学的刺激を用いて、異常骨での骨質正常化やその促進ができる可能性を本研究により示した。
本研究で得られた知見に基づき、今後、生物学的観点からのさらなる解析を実施することによって、応力場の負荷から、OCYを介した感受、配向性構築までの一連の関連因子の同定とメカニズム解明を目指す必要がある。これまでに、骨量・骨密度の観点からしかとらえられてこなかった骨力学機能化について、骨質の観点からの理解を深化し、骨のメカノバイオロジーの新たな側面の解明を目指す足がかりとなる基礎的知見を構築できたと考える。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件)

  • [学会発表] Change in preferential alignment of bone apatite in response to artificially altered principal strain in regenerated rat ulna2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ishimoto, A. Murakami, T. Nakano
    • 学会等名
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center, Kyoto
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 骨への強制的荷重負荷が骨形態・配向化に与える影響2016

    • 著者名/発表者名
      石本卓也, 門田耕平, 中野貴由
    • 学会等名
      第36回日本骨形態計測学会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟
    • 年月日
      2016-06-23 – 2016-06-25
  • [学会発表] Apatite orientation and material property of bone are enhanced by artificially elevated load2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ishimoto, J. Wang, K. Kadota, T.W. Kim, T. Nakano
    • 学会等名
      International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC’2011)
    • 発表場所
      Graz Convention Center - MESSE GRAZ, Graz, Austria
    • 年月日
      2016-05-29 – 2016-06-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Bone formation with preferentially oriented extra cellular matrix under mandatorily applied loading2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ishimoto, J. Wang, T. Nakano
    • 学会等名
      The Twenty-Fourth International Symposium on Processing and Fabrication of Advanced Materials (PFAM XXIV)
    • 発表場所
      Kansai University Senriyama Campus Centenary Memorial Hall, Suita
    • 年月日
      2015-12-18 – 2015-12-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of artificial loading on biological apatite (BAp) orientation in regenerated rat ulna2015

    • 著者名/発表者名
      A. Murakami, T. Ishimoto, T. Nakano
    • 学会等名
      The Twenty-Fourth International Symposium on Processing and Fabrication of Advanced Materials (PFAM XXIV)
    • 発表場所
      Kansai University Senriyama Campus Centenary Memorial Hall, Suita
    • 年月日
      2015-12-18 – 2015-12-20
    • 国際学会
  • [学会発表] オステオサイトの応力感受機能に基づく骨配向化挙動2015

    • 著者名/発表者名
      村上愛実, 石本卓也, 中野貴由
    • 学会等名
      第7回日本バイオマテリアル学会大会
    • 発表場所
      京都テルサ, 京都
    • 年月日
      2015-11-09 – 2015-11-10
  • [学会発表] アパタイト配向化構造は骨の力学機能を支配する2015

    • 著者名/発表者名
      石本卓也, 中野貴由
    • 学会等名
      第33回日本骨代謝学会学術集会
    • 発表場所
      京王プラザホテル, 東京
    • 年月日
      2015-07-24 – 2015-07-26
    • 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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