組織工学的手法を応用した機械的刺激に対する骨の三次元動態予測に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12780659
• Research Institution: Kyushu Sangyo University
• Principal Investigator: 日垣 秀彦 九州産業大学, 工学部, 助教授 (00238263)
• Keywords: バイオメカニズム / 骨 / 適応的リモデリング / 機械的刺激 / 応力解析 / 有限要素法 / 骨系細胞 / マイクロCT

Research Abstract

in vivo動物モデルにおいて行ってきた機械的刺激に対する骨の応答を細胞レベルで検討するために,in vitro細胞培養系を用いた実験を行った.骨リモデリングは,主に骨芽細胞による骨形成と破骨細胞による骨吸収とが機能的共役を果たすことによって営まれている.ところが,骨芽細胞の力学応答に関する研究はこれまで多いものの,骨吸収を行う破骨細胞に関する研究は非常に少ない.これは,破骨細胞の樹立株が未だ確立されておらず,高純度で大量の細胞を単離するのが困難であるという理由による.
そこで本研究では,破骨細胞の単離方法を習得し,象牙スライス上で破骨細胞を培養しながら同時に伸張負荷を与えることが可能な実験系を新たに開発した.機械的刺激の負荷が単離成熟破骨細胞の骨吸収能に対して与える影響は,破骨細胞のマーカータンパク質であるTRAPおよびcathepsin KのmRNA発現量の定量,象牙スライス上に形ヤされた骨吸収窩の形態計測と面積定量によって評価した.その結果,成熟破骨細胞は伸張刺激によって骨吸収を冗進させることが明らかになった.この骨吸収の充進は,個々の破骨細胞の骨吸収活性の増大ではなく,吸収期にある破骨細胞の数が増加したことに起因すると推察されたDさらにガドリニウムを添加して,破骨細胞のSAイオンチャネル(stretch-activated cation ion channel)をブロックして伸張刺激を与えた実験により,成熟破骨細胞は間葉系細胞の非存在下においても,SAイオンチャネルの関与した機械的刺激の受容メカニズムによって骨吸収機能をイ節しているという非常に興味深い知見が得られた.

Research Products

• [Publications] Kosaku KURATA: "Mechanical strain effect on bone resorbing activity and mRNA expressions of marker enzymes in isolated osteoclast culture"Journal of Bone and Mineral Research. 16(4). 722-730 (2001)
• [Publications] 馬渡 太郎: "卵巣摘出ラットの骨微細構造に及ぼすビダミシK2の効果"腎と骨代謝. 14(4). 303-308 (2001)
• [Publications] 蔵田 耕作: "機械的刺激に対するラット尾椎の適応リモデリング-日本臨床バイオメカニクス学会誌マイクロCT計測と三次元応力解析による検討-"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 22. 179-183 (2001)