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

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。

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。