超音波による骨粗鬆症・脆弱性骨折の治癒機序解明と臨床応用

超声阐明骨质疏松和脆性骨折的愈合机制及临床应用

基本信息

批准号：
21J13006
负责人：
井上翔太
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13006/
关键词：
脆弱性骨折内軟骨性骨化超音波骨細胞骨芽細胞 Piezo1 機械的刺激

项目摘要

超音波による脆弱性骨折の新規治療法の社会実装を目指し、その基盤となる治癒機序を解明することを目的に、超音波照射が脆弱性骨折の治癒過程に与える影響を検討した。これまでの研究から、骨折治癒促進法として臨床応用されている低出力超音波パルス（Low Intensity Pulsed Ultrasound：LIPUS）よりも高強度の超音波刺激が、より効率的に骨形成を促進できる可能性を見出した。本研究では、骨折後の内軟骨性骨化に超音波照射が与える影響を明らかにするために、マウス脆弱性骨折モデルに対し、毎日20分間、異なる強度の超音波を照射し、骨折治癒過程を評価した。その結果、LIPUS照射に相当する0.04W/cm2は骨折治癒過程に明らかな影響を与えなかった一方で、0.2W/cm2の超音波照射により、仮骨中の骨塩量が増加しており、LIPUSよりも高強度の超音波が仮骨の石灰化を促進できることが明らかとなった。さらに、0.2W/cm2の超音波照射群では、骨折早期の軟骨量および、骨芽細胞数の増加が認められ、高強度の超音波が軟骨形成と骨芽細胞分化を刺激することで、内軟骨性骨化を促進できることが示唆された。次に、骨細胞と骨芽細胞の三次元共培養系を用いて、超音波照射が骨形成に与える影響を評価した。in vivoの結果と一致して、LIPUSよりも高強度の超音波照射により、骨芽細胞の骨形成関連遺伝子の増加が認められた。また、骨芽細胞のみの三次元培養では、超音波照射後の骨形成関連遺伝子発現が減少しており、超音波による骨形成促進には骨細胞が関与していることが示唆された。最後に、機械感受性イオンチャネルPiezo1の阻害実験を実施した。Piezo1の阻害下では、超音波照射後の内軟骨性骨化の促進および、骨芽細胞の活性化が認められず、超音波照射による骨形成促進にはPiezo1が関与していることが示唆された。

为了实施针对超声导致裂缝的新治疗方法的新方法，我们研究了超声辐射在脆弱骨折的愈合过程中的影响，目的是阐明基础的康复机制。从传统的研究中，高强度超声刺激可以比低输出超声脉冲（低强度脉冲超声）更有效，后者已被用作裂缝愈合促进法。在这项研究中，为了阐明骨折后超声辐射对内骨骨的影响，小鼠脆弱性断裂模型每天都会辐射不同的强度超声，并评估骨折愈合过程。结果，对应于Lipus辐照的0.04W/CM2对骨折愈合过程没有明显的影响，但是由于0.2W/CM2超声辐射，临时骨骼中的骨骼盐量增加了。比脂肪的超声波高和较高的波浪可以促进临时骨骼的钙化。此外，在0.2W/CM2超声辐射组中，识别骨折的早期软骨量和骨细胞数量的增加，高强度超声超声刺激软骨的形成和骨质学。它可以促进软骨骨。接下来，使用三维CO培养系统的骨细胞和骨细胞评估了超声辐射对骨形成的影响。与体内的结果一致，较高和更多的脂肪的超声辐射增加了成骨细胞的骨形成相关基因。此外，在仅骨母细胞的三维培养物中，超声辐照后骨相关的基因表达降低了，这表明骨细胞参与了通过超声波促进骨形成。最后，我们进行了一个压电1机械灵敏度离子的抑制实验。在压电1抑制下，建议在超声辐射后促进内部骨骨骼和成骨细胞的激活，并且涉及超声辐照的骨形成。