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。

我们调查了超声辐射对脆弱骨折的愈合过程的影响，目的是社会实施脆弱裂缝的新治疗方法并阐明潜在的愈合机制。先前的研究表明，与低功率超声（Lipus）相比，具有较高强度的超声刺激可以更有效地促进骨形成，后者已在临床上应用于促进断裂愈合。在这项研究中，为了阐明骨折后超声辐射对内侧软骨骨化的影响，每天用不同强度的超声辐射小鼠脆弱的断裂模型，以评估裂缝愈合过程。结果，虽然0.04 w/cm2对应于脂肪辐射，但对骨折愈合过程没有明显的影响，但在0.2 w/cm2时的超声检查增加了骨折骨中骨矿物质含量的量，而超声波的超声量则比Lipus更高的强度可以促进分量骨的钙化。此外，在0.2 W/cm2的超声辐射组中，软骨体积增加和成骨细胞的数量在裂缝的早期阶段观察到，这表明高强度超声可以通过刺激软骨形成和构素细胞分化来促进内侧中性骨化。接下来，使用骨细胞和成骨细胞的三维共培养系统，评估了超声照射对骨形成的影响。与体内结果一致，高强度超声辐射比脂肪显示出与成骨成骨相关的基因的增加。此外，在单独的成骨细胞的三维培养物中，超声辐射后骨形成相关基因的表达降低了，这表明骨细胞参与通过超声促进骨形成。最后，进行了机械敏感离子通道压电1的抑制实验。在压电1抑制下，在超声辐射后未观察到内软骨软骨骨化或成骨细胞激活，这表明Piezo1参与通过超声照射促进骨形成。