骨細胞による骨組織への機械的刺激の広めやすさと神経系の役割

骨细胞向骨组织传播机械刺激的难易程度以及神经系统的作用

基本信息

批准号：
21H03324
负责人：
田巻弘之
金额：
$ 10.65万
依托单位：
National Institute of Fitness and Sports in Kanoya
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03324/
关键词：
骨機械的刺激ひずみマイクロCT 神経

项目摘要

機械的ストレス（力学的因子）は骨量の維持、増進に必須の因子であり、その骨組織への機械的刺激の感受に骨細胞がメカノセンサーとしての役割を果たしている。骨細胞は骨基質に多く存在し、骨組織がひずむことで活性化し、骨細胞間ネットワークによって感受・反応を広めることができる。このひずみ特性と骨細胞ネットワーク（粗密）は若齢期や高齢期など加齢により異なることが考えられており、これらの特性の違いにより運動や機械的刺激の効果の現れ方が異なるのか調べた。まず若齢期及び中高齢期ラットの脛骨を対象に荷重によって生じる骨ひずみ特性を調べた。各年齢のラット脛骨内側骨幹部に小型箔ストレンゲージを貼付し、卓上小型フォースプレート上で鉛直方向に種々の強度で荷重し、その時の骨ひずみ及び床反力信号を記録し、最大ひずみ、最大床反力、最大・最小strain rate (microstrain/sec)を計測した。いずれの年齢期においても荷重が大きくなるのに従い最大骨ひずみ値は指数関数的に大きくなった。若齢期は中高齢期に比較してより大きくひずみやすい傾向を示した。また、荷重時最大strain rate及び荷重リリース時の最小strain rateは骨ひずみピーク値と相関関係にあり、若齢期の方が中高齢期よりも大きかった。また骨破断強度検査時に記録した骨stiffnessは高齢期の方が大きく、骨ひずみは若齢期の方が大きかった。さらに、若齢期及び中高齢期ラットの脛骨を対象に3次元マイクロＣＴ撮影を行い、骨量を計測し、3次元骨梁構造解析により、海綿骨においては骨梁幅、骨梁長、骨梁数、骨梁連結密度等を、また皮質骨では皮質骨幅や断面積、total porosity等を評価した。総じて、若齢期よりも高齢期では海綿骨量は低いレベルにあるが、硬くひずみにくい特性を有することが理解された。

机械应力（机械因素）是维持和增加骨骼质量的重要因素，骨细胞在机械刺激对骨组织的敏感性中起着机械传感器的作用。骨基质中的骨细胞丰富，并在骨组织紧张时被激活，从而使灵敏度和反应通过相互的细胞网络扩散。据认为，应变特征和骨细胞网络（粗大密度）因年龄（例如年轻人和老年人）而有所不同，我们研究了由于这些特征的差异，运动和机械刺激的影响是否有所不同。首先，我们研究了由年轻大鼠和中年大鼠胫骨负荷引起的骨骼菌株的特征。将一个小的铝箔应变仪施加到每个年龄段大鼠的内侧胫骨轴上，在小桌面力板上的垂直方向上载有各种强度，并在当时记录骨骼应变和地板反作用力信号，并测量最大应变，最大落地反应力，最大压力和最小应变速率（微晶型/SEC）。在任何年龄，随着负载的增加，最大骨应变值呈指数增长。年轻的年龄比中年和年龄更大的趋势更大。此外，负载时的最大应变率和释放时的最小应变速率与峰值骨应变值相关，并且年轻年龄大于中年和老年龄年龄。此外，在骨骼断裂强度测试期间记录的骨刚度在年龄较大，并且骨骼应变年龄较大。此外，对年轻大鼠和中年大鼠的胫骨进行了3D MicroCT成像，测量了骨骼质量，并使用3D小梁结构分析来评估小梁骨的宽度，小梁骨的长度，小梁骨的数量，小梁骨，连接密度等的数量，用于骨质骨宽度等。总体而言，人们可以理解，在年龄较大的年龄中，取消骨量的水平低于年龄较小，但它具有坚硬且耐应变较低的特性。