仮骨延長時の顔面骨骨膜における骨系細胞動員ならびに分化誘導に関する研究

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平成15年度の実験は、前年度の結果を受けて大筋の実験系は変更せず、若干の予備的調査を加えた。平成14年度におけるin vitroでの実験では、大きく分けて2つの事象が観察された。1つは、骨細胞はメカニカルストレスに対して、細胞内にカルシュウムを流入させ器質化を強める役割を行っていて(J.Biol.Chem.275)、実際に骨延長では、その主役は未分化な間質細胞とそれらが分化した骨芽細胞であることが判明している(Ishigame M.et al.J.B.M.R2002)。そして、超音波刺激のような、低出力でHsp72を上げることなく、細胞に刺激を与える系では、骨芽細胞がその刺激に対してアナボリックな反応を起こすことが観察された。もう一つは、細胞へのメカニカルストレス付与時のCOX-2 mRNAの上昇である。NS398のようなCOX-2のブロッカーを用いた場合、骨芽細胞の超音波刺激に対するアナボリックな反応が消失したことから(J.B.M.R2003)、COX-2〜PGE2産成の系が、骨芽細胞の骨形成(増殖または分化)効果に大きな影響を与えていることが推測された。骨延長においても、緩徐に仮骨を延長していく過程が、COX-2の上昇をみることからPGE2合成系の影響と、各種成長因子との関係を調べることが重要と考え、平成15年のin vivoの実験計画として、高齢COX-2ノックアウトマウスの延長前仮骨の治癒過程について、組織学的に追跡した後、骨膜延長実験を行った。その結果、高齢COX-2ノックアウトマウスの延長前仮骨治癒は、Wild-Typeに比べて遅延し、さらに超音波刺激による骨形成効果の観察が全くみられないという結果が得られた。すなわち、各種成長因子の枯渇した高齢マウスはCOX-2~PGE2合成系によっての骨形成にバックアップされるのみで、さらにCOX-2~PGE2合成系は機械的刺激の骨形成効果としてのシグナルを伝達する重要な役割を果たすことが判明した。そしてさらに、超音波照射によるCOX-2~PGE2合成系による骨形成効果は、形成仮骨の外側部における骨膜由来と考えられる組織に大きく影響し、膜性骨化に、より効果があることが判明した。現在さらに骨膜器官培養でその効果を調べようと試み、COX-2~PGE2合成系を調節することで、どの成長因子が影響を受けるかについて調査を行っている。