応力を起点とした骨配向化機序解明とそれに基づく骨機能化誘導材料の創製

阐明应力诱导骨定向机制并基于其创建骨功能化诱导材料

基本信息

批准号：
22KJ2204
负责人：
松坂匡晃
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

寝たきりや宇宙滞在といった骨に加わる応力の異常は深刻な骨の脆弱化を招く。こういった骨脆弱化の治療・予防のためには、骨密度よりもはるかに強く骨の強度に寄与する骨配向性（骨基質中のアパタイトc軸／コラーゲン優先配向性）に基づいた解決策が必要であり、応力場に応じた骨配向性を制御する仕組みを理解することが重要である。本研究では生体内類似のin vitro共培養モデルを樹立することで、細胞・遺伝子レベルから骨配向化メカニズムを解明することを目指した。特に骨中の応力センサーであるオステオサイトと骨芽細胞の細胞間相互作用に着目し、骨配向化に直結する骨芽細胞配列の制御因子の同定を行った。骨芽細胞は人為的に分子配列を制御した配向化コラーゲン基板上で培養することで生体内の異方性環境を模擬しつつ、一方でオステオサイトにのみ独立して流体せん断刺激を負荷可能な共培養モデルの構築に成功した。これを用いることで、骨配向化制御には流体の加速度が支配的な流体パラメータであることが示された。次世代シーケンシングを用いた網羅的な遺伝子発現解析により、加速度に応じて骨芽細胞の配列を決定する最有力候補因子を絞り込むことに成功した。以上より、独自の共培養モデルの構築に成功し、骨芽細胞配列化をもたらす応力レスポンス因子を同定することで、配向性に基づく骨の機能適応の分子機序解明に大きな足がかりを得た。次年度以降は見出した制御因子による骨芽細胞配向化機序の解明を目指すとともに、遺伝子組み換えマウスモデルを作製し、応力レスポンス因子を介した配向化微細構造構築のメカニズムを解明する。

适用于骨骼的压力异常，例如卧床不起或留在太空中，会导致严重的骨骼脆弱性。为了治疗和预防这种骨骼脆性，基于骨取向的溶液（骨基质中的磷灰石C轴/胶原蛋白优先取向）对骨骼强度的贡献比骨密度强得多，并且重要的是了解根据应力场控制骨骼方向的机制。这项研究旨在通过建立与体内类似的体外共培养模型来阐明细胞和基因水平的骨取向机制。特别关注骨细胞之间的细胞细胞相互作用，骨细胞是骨骼中的应力传感器和成骨细胞，我们确定了控制与骨取向直接相关的成骨细胞序列的因素。通过用人工控制的分子序列在定向的胶原蛋白底物上培养成骨细胞，我们成功地构建了一个共培养模型，该模型可以模拟体内的各向异性环境，同时还允许将流体剪切刺激独立地应用于骨质。使用此情况，表明流体加速度是用于骨取向控制的主要流体参数。通过使用下一代测序进行全面的基因表达分析，我们成功地缩小了确定成骨细胞序列响应加速度的最可能的候选因素。从上面，我们成功地构建了一个独特的共培养模型，并确定了导致成骨细胞测序的应力反应因子，并获得了一个很棒的垫脚石，以阐明基于方向的骨骼功能适应的分子机制。从明年开始，我们将使用发现的调节因素来阐明成骨细胞取向的机制，我们还将创建转基因的小鼠模型，以通过应力响应因素阐明方向微观结构的机制。