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境界領域／知っておきたい
生体アパタイト配向性による骨質評価
著者： 中野貴由1
所属機関： 1大阪大学大学院工学研究科マテリアル生産科学専攻
ページ範囲：P.566 - P.572
文献購入ページに移動■はじめに
超高齢化社会に突入し，骨粗鬆症や変形性関節症といった老齢化に関連した骨疾患が急増している23）．こうした疾患は寝たきりを含むQOLの低下を招くことから，その防止策の検討や治療薬の開発が強く進められている．欠損した骨組織に対する再生医療の展開もその一つである．一方で疾患骨や再生骨の骨折リスクと関連し，骨強度の正確な評価の重要性が高まり，骨質(bone quality)指標の解明が急がれている7，18，19）．
“骨質”とは，米国国立衛生研究所(NIH)により提唱された概念であり，“骨密度”以外の骨強度を支配する因子を意味している17）．当時，骨質の有力な候補として，海綿骨の骨梁構造に代表される骨微細構造やマイクロクラックの形成・修復，コラーゲンの状態，骨代謝回転，細胞機能などが提案されたが，本質的な骨質制御因子の解明はいまだ十分ではない．
こうした背景に基づき，われわれの研究グループでは，整形外科を中心とした医学系研究者との医工連携に基づく境界領域研究により，材料学的手法を用いた骨組織の質的評価と骨質改善を目指した骨代替材料の設計に取り組んでいる．とりわけ，生体アパタイト(biological apatite，以下BAp)の配向性を骨質指標の有力候補の一つとして注目している．本稿では，BAp配向性の骨質指標としての有効性と配向性を決定，制御するパラメータについて，われわれのグループで見出した成果を中心にご紹介する．
超高齢化社会に突入し，骨粗鬆症や変形性関節症といった老齢化に関連した骨疾患が急増している23）．こうした疾患は寝たきりを含むQOLの低下を招くことから，その防止策の検討や治療薬の開発が強く進められている．欠損した骨組織に対する再生医療の展開もその一つである．一方で疾患骨や再生骨の骨折リスクと関連し，骨強度の正確な評価の重要性が高まり，骨質(bone quality)指標の解明が急がれている7，18，19）．
“骨質”とは，米国国立衛生研究所(NIH)により提唱された概念であり，“骨密度”以外の骨強度を支配する因子を意味している17）．当時，骨質の有力な候補として，海綿骨の骨梁構造に代表される骨微細構造やマイクロクラックの形成・修復，コラーゲンの状態，骨代謝回転，細胞機能などが提案されたが，本質的な骨質制御因子の解明はいまだ十分ではない．
こうした背景に基づき，われわれの研究グループでは，整形外科を中心とした医学系研究者との医工連携に基づく境界領域研究により，材料学的手法を用いた骨組織の質的評価と骨質改善を目指した骨代替材料の設計に取り組んでいる．とりわけ，生体アパタイト(biological apatite，以下BAp)の配向性を骨質指標の有力候補の一つとして注目している．本稿では，BAp配向性の骨質指標としての有効性と配向性を決定，制御するパラメータについて，われわれのグループで見出した成果を中心にご紹介する．
参考文献
1) Abboud SL, Woodruff K, Liu C, et al:Rescue of the osteopetrotic defect in op/op mice by osteoblast-specific targeting of soluble colony-stimulating factor-1. Endocrinology 143:1942-1949, 2002
2) Bonfield W, Grynpas MD:Anisotropy of the Young's modulus of bone. Nature 270:453-454, 1977
3) Daculsi G, Bouler JM, LeGeros RZ:Adaptive crystal formation in normal and pathological calcifications in synthetic calcium phosphate and related biomaterials. Int Rev Cytol 172:129-191, 1997
4) Elliot JC:Structure and Chemistry of the Apatites and Other Calcium Phosphates. Elsevier, Amsterdam, pp1-389, 1994
5) 林紘三郎，安達泰治，宮崎 浩：生体細胞・組織のリモデリングのバイオメカニクス．コロナ社，東京，pp1-47，2003
6) Ishimoto T, Nakano T, Umakoshi Y, et al:Role of stress distribution on healing process of preferential alignment of biological apatite in long bones. Mater Sci Forum 512:261-264, 2006
7) Ito M, Ikeda K, Nishiguchi M, et al:Multi-detector row CT imaging of vertebral microstructure for evaluation of fracture risk. J Bone Mineral Res 20:1828-1836, 2005
8) Kashii M, Hashimoto J, Nakano T, et al.:Alendronate treatment promotes bone formation with a less anisotropic microstructure during intramembranous ossification in rats. J Bone Miner Metab 26:24-33, 2008
9) Landis WJ, Song MJ, Leith A, et al:Mineral and organic matrix interaction in three dimensions by high-voltage electron microscopic tomography and graphic image reconstruction. J Struct Biol 110:39-54, 1993
10) Lee JW, Nakano T, Kobayashi A, et al:Analysis of preferential alignment of biological apatite crystallites in subchondral bone of the osteoarthritic knee. Phosphorus Research Bulletin 17:83-84, 2004
11) Lee JW, Nakano T, Toyosawa S, et al:Evaluation of BAp orientation using mouse models for osteoporosis (OPG-KO) and osteopetrosis (op/op), Mater Sci Forum 561-565:761-764, 2007
12) Miyabe S, Nakano T, Ishimoto T, et al:Two-dimensional quantitative analysis of preferential alignment of BAp c-axis for isolated human trabecular bone using microbeam X-ray diffractometer with a transmission optical system. Mater Trans 48:343-347, 2007
13) Nakano T, Kaibara K, Tabata Y, et al:Analysis of hydroxyapatite (HAp) texture in regenerated hard tissues using micro-beam X-ray diffiractometer technique. Proceedings of Tissue Engineering for Therapeutic Use 6 (ed. Ikada Y, Umakoshi Y, Hotta T), pp95-104, 2002
14) Nakano T, Kaibara K, Tabata Y, et al:Unique alignment and texture of biological apatite crystallites in typical calcified tissues analyzed by microbeam X-ray diffractometer system. Bone 31:479-487, 2002
15) Nakano T, Tabata Y, Umakoshi Y:Texture and bone reinforcement. In Buschow KHJ, Cahn RW, Flemings MC, et al (ed), Encyclopedia of Materials:Science and Technology-Updates. Ms2061 Elsevier, Oxford, p1-8, 2005
16) 中野貴由：結晶工学的手法による骨質評価と結晶配向に基づくバイオマテリアルの設計，バイオマテリアル25：pp112-122，2007
17) NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy:Osteoporosis prevention, diagnosis, and therapy. JAMA 285:785-795, 2001
18) Sakagami N, Amizuka N, Li M, et al:Reduced osteoblastic population and defective mineralization in osteopetrotic (op/op) mice. Micron 36:688-695, 2005
19) Saito M, Fujii K, Soshi S, et al:Reductions in degree of mineralization and enzymatic collagen cross-links and increases in glycation-induced pentosidine in the femoral neck cortex in cases of femoral neck fracture. Osteoporos Int 17:986-995, 2006
20) Sasaki N, Matsushima N, Ikawa T, et al:Orientation of bone mineral and its role in the anisotropic mechanical properties of bone-transverse anisotropy. J Biomech 22:157-164, 1989
21) Tabata Y, Yamada K, Miyamoto S, et al:Bone regeneration by basic fibroblast growth factor complexed with biodegradable hydrogels. Biomaterials 19:807-815, 1998
22) Yamamoto T, Nakamura H, Tsuji T, et al:Ultracytochemical study of medullary bone calcification in estrogen injected male Japanese quail. Anat Rec 264:25-31, 2001
23) Yoshimura N, Kinoshita H, Takijiri T, et al:Association between height loss and bone loss, cumulative incidence of vertebral fractures and future quality of life:the Miyama study. Osteoporos Int 19:21-28, 2008
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