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軟骨



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軟骨
《杉田玄白》らが《解体新書》を翻訳する際につくった造語。

カラカベン。これを軟骨と訳す。

骨がもろく軟らかであり、アカエイの骨に似ている。

その色は白く、薄く透明で、脆軟であるのでたわむ(撓む)ことができる。(講談社「解体新書」p56)
  1. 1946年化学構造が決定されました
  2. 1950年に興生水産(当時)が生産の工業化に成功。



にぎりめしの形をした細胞
軟骨を顕微鏡で見ると、[にぎりめし]の形をした細胞が、スリガラスのような物質の中に埋まっている。

この[にぎりめし]が軟骨細胞で、それを埋める物質が軟骨基質。

軟骨細胞は基質の中に1〜3個埋まっている。

軟骨はカルシウムで固められた骨とは異なり、硬いながらも餅が膨らむように内部からも体積を増やすことが出来る。

透過電子顕微鏡で見ると、軟骨基質には細いコラーゲン線維が詰まっている。

さらに、コラーゲン細線維どうしの間にはもやもや見えるものがある。それは細長いタンパク質に糖(コンドロイチン硫酸・ヘパラン硫酸)の鎖がたくさんぶら下がった分子(アグリカン)でできている(岩波新書「細胞紳士録」p16〜)



軟骨の正常な形成に
細胞内の小胞体が不可欠

2009年、宮崎大学の今泉和則教授と大阪大学の米田俊之教授らのチームは、細胞内の小胞体という器官で働く2つのタンパク質が、骨や軟骨の正常な形成に不可欠なことを突き止めた。

小胞体はタンパク質の品質を保つ。

骨を作る骨芽細胞の小胞体に含まれる『OASIS』と軟骨細胞の小胞体にある『BBF2H7』というタンパク質について遺伝操作で働かないマウスを作製して調べた。
  • OASISが無いと・・・・骨量が大幅に低下
  • BBF2H7が無いと・・・軟骨が形成できなかった。




軟骨をクッキリ撮影
軟骨をクッキリ撮影できるエックス線診断装置
  • 2012年、東北大学の百生敦教授らは、軟骨など軟らかい組織を高精細に撮影できるエックス線診断装置を開発した、
  • 関節リウマチや乳ガンの発見をめざして臨床研究を始める
  • 科学技術振興機構の支援で、兵庫県立大学やコニカミノルタエムジーと開発した、
  • 通常画像の他、物質の輪郭をとらえたものや詳細な内部構造の写真を同時に撮れる。
  • X線は講師を通り抜けると干渉によって縞模様ができる。スダレ状になった5.3マイクロb幅の格子を被写体のすぐ後ろに置いて撮影すると、X線は被写体を通り抜けるときに屈折の影響を受けるため、縞模様がわずかにゆがむ。もう1枚の格子を離れた場所に置くと、ゆがんだ縞模様と真っ直ぐの格子が重なって画像が現れる。



軟骨再生
広島大学の越智光夫教授と芝浦工業大学の村上雅人教授らは、高温超伝導材料を使って、損傷した関節の軟骨や筋、骨折部分などを再生する研究に取り組んでいる。

電気を流さない強力な永久磁石を使用する。

円柱形の超伝導材料の単結晶を細い筒の中に容れる。そこへ磁力を与えながら絶対温度77度の液体窒素で満たすと、筒は約6テスラの強力な永久磁石になる。これを損傷部に向けながら酸化鉄を混ぜた幹細胞を注射。幹細胞は損傷部に定着し軟骨が再生する。
  • ブタでの実験では高い治療効果を確認している




軟骨再生を促す薬剤
2015年、岡山大学の窪木拓男教授とエミリオ・ハラ研究員らは、軟骨の再生を促す物質を見つけた。

目薬の抗炎症成分で、マウス実験で骨髄の中にある「間葉系幹細胞」が軟骨に効率よく変化することを確認。

骨髄から取りだした間葉系幹細胞を培養し、フルオシノロンアセトニド(FA)<ホルモンの一種>の働きを調べた。

幹細胞を軟骨に変化させるTGF-β3というタンパク質を一緒に使うと、軟骨への変化を促す効果が高いことが分かった。

幹細胞にFAとTGF-β3を混ぜ、膝の軟骨を取り除いたマウスに移植すると、4週間後に軟骨組織ができた。


1個のiPS細胞から10万個の軟骨
2013年、京都大学の平家俊男教授らはiPS細胞から軟骨を大量に培養する手法を開発した。

人の髪の毛にある細胞からiPS細胞を作製し、その後、成人にはほとんどない「神経堤細胞」に変えた。

この神経堤細胞に特定のタンパク質を加えて培養すると、軟骨に成長する「間葉系細胞」がたくさんできた。

5_b〜1ab角の軟骨を作り指すことに成功した。
  • コラーゲンやタンパク質の成分を分析したところ、四肢関節の軟骨と同じだった。



人の皮膚細胞から軟骨細胞を作製
2013年、京都大学iPS細胞研究所の妻木範行教授らは、人の皮膚細胞から軟骨細胞を作った。

iPS細胞を使わない。

開発した手法は、3つの遺伝子「SOX9」「c-Myc」「K1f4」を皮膚細胞に入れると、皮膚の細胞が「iChon細胞」(アイコン細胞)と名付けた軟骨に似た細胞に変わる。。


上から押してもつぶれないゲル
2015年、理化学研究所の相田卓三グループディレクターと石田康博チームリーダーらは、上から押してもつぶれにくいゲルの開発に成功した。

アクリル製のゲルには数マイクロb四方の板状の酸化チタン結晶を混ぜた。磁場を加えてゲルの内部に層状に結晶を並べると、結晶の層が互いに反発しあうことで縦方向に力を加えても壊れにくいゲルができた。

横からの力には変形する。

人に膝では、軟骨がアミノ酸でできた高分子が電気を帯びて反発しあうことで強度を高めている。


培養軟骨の保険適用
条件が決まる


2013年、J・TECが2012年7月に製造販売承認を得た自家培養軟骨「ジャック」の保険適用条件が決まった。

ジャックは、患者自身の膝から軟骨細胞を採取し、アテロコラーゲンというゲル状物質に埋め込み4週間培養したもの。

膝を欠損した患者にジャックを移植する。


関節軟骨修復手術を含むひざ関節手術を年間100例以上実施している整形外科の経験が5年以上、ひざ関節手術の経験が100回症例以上ある整形外科医が常勤で1人以上働いていることが条件。


軟骨無形成症の治療法
2016年、東京大学の位高啓史特任准教授らが開発。

通常は骨の先端で軟骨が作られ、これが通常の骨に変化し伸びる。

軟骨無形成症では、「FGFR3」という受容体が軟骨の形成自体を妨げ骨の成長を抑制する。

FGFR3は血中の細胞増殖因子というタンパク質と反応することで作用する。

軟骨無形成症を発症させたマウスの皮下に週に3回、3週間にわたって偽物を投与した実験で、大腿骨と頸骨がそれぞれ、投与していない群と比べて1.1倍になることを確認。


他人の細胞で膝軟骨再生
2017年、ツーセルは膝の軟骨を再生する治験を始めた。
患者自身の細胞を採取・培養するよりコスト・時間がかからない。
治験の対象は外傷性軟骨損傷や離断性骨軟骨炎の患者。
他人の細胞から培養した間葉系幹細胞を使う「他家移植」。
事前に培養した他人由来の細胞1人分から1000〜1万人分の間葉系幹細胞を作製できる。
間葉系幹細胞は人の骨髄や脂肪、滑膜などに含まれ、骨・脂肪・神経などに分化する。
2017年、他人の間葉系幹細胞から作ったゲル状の人工組織を移植し、損傷した軟膏を再生する治験を大阪大学の中村憲正招聘教授らのチームが始めた。
開発した人工組織は、関節の中にある滑膜から取りだした間葉系幹細胞を培養し、細胞自身にコラーゲンを作らせることでゲル状にしたもの。
患部に移植すると軟骨に変化する。
周辺組織との接着力が高いほか、関節鏡(内視鏡の一種)を使って移植するため、体を大きく切開する必要も無い。
再生した軟骨は拒絶反応が起こる可能性が極めて低いという。
他人の間葉系幹細胞は大阪大学の幹細胞バンクのものを使う。
治験は16歳以上60歳未満の関節軟骨損傷患者が対象。



関連情報 コンドロイチン

サメ軟骨

変形性膝関節症





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