学術背景 組織修復の過程において、慢性低酸素（chronic hypoxia）は幹細胞の機能に悪影響を及ぼす。骨膜幹細胞（Periosteal Stem Cells, PSCs）は骨修復の主要な貢献者であり、低酸素条件下でのその機能の変化はまだ明確ではない。低酸素は組織修復の初期段階では一部の幹細胞にとって有益であるが、長時間の低酸素は細胞死（apoptosis）を引き起こし、骨再生を妨げる。したがって、時間のニーズに応じて酸素供給を精密に調節できるシステムを開発することは、PSCsの機能を最適化し、骨再生を促進する上で重要である。 本研究は以下の問題を解決することを目的としている： 1. 低酸素がPSCsに及ぼす時間的影響：低酸素はいつ有益から有害に転じるのか？ 2. スマート酸素供給シス...
ポリイミド繊維表面修飾による靭帯-骨癒合促進の研究 学術的背景 前十字靭帯（Anterior Cruciate Ligament, ACL）損傷は、世界的に見られるスポーツ傷害の一つであり、毎年約1/1250の人がACL再建手術を受ける必要があります。現在、ACL再建の主な方法には自家移植と他家移植がありますが、これらの方法には免疫拒絶やドナー部位の合併症などの問題があります。人工靭帯、特に非分解性のポリマー材料は、優れた機械的強度と術後の回復の速さなどの利点から、臨床的に重要な選択肢となっています。しかし、既存の人工靭帯材料であるポリエチレンテレフタレート（Polyethylene Terephthalate, PET）は骨再生における生物活性が不十分であり、線維性被膜の形成を引き起こし、...
超音波バックスキャッタ技術の腱の定量的特性評価への応用 学術的背景 腱病（tendinopathy）は、一般的な筋骨格系疾患であり、腱の微細構造、組成、および細胞組織が変化し、痛みや機能低下を引き起こす特徴があります。腱病は通常、過使用によって引き起こされ、血管増生、炎症、コラーゲン繊維の乱れなど、さまざまな病理的変化を伴う可能性があります。腱病の早期診断は非常に重要ですが、現在の診断方法は主に医師の経験に依存しており、定量的で客観的な評価手段が欠けています。超音波画像技術はすでに腱病の診断に応用されていますが、これも医師の主観的な判断に依存しており、定量データを提供することはできません。したがって、腱病の早期診断と治療において、非侵襲的で定量的な診断方法の開発が重要です。 超音波バックスキ...
雌激素欠乏が血管形成と石灰化ダイナミクスに与える影響——新規3Dヒト化血管形成骨オルガノイドモデルによる研究 学術的背景 骨粗鬆症（osteoporosis）は一般的な骨疾患であり、特に閉経後の女性に高い発症率を示します。骨粗鬆症は単に骨量の減少を伴うだけでなく、残存する骨の鉱物成分にも変化が生じます。エストロゲン（estrogen）は骨恒常性の維持において重要な役割を果たしており、その欠乏は骨リモデリングの不均衡を引き起こし、骨吸収が骨形成を上回ることで全体的な骨量の減少をもたらします。これまでの研究により、エストロゲン欠乏が骨芽細胞（osteoblast）の石灰化沈着、骨細胞（osteocyte）の機械的感覚、および破骨細胞生成（osteoclastogenesis）の制御に影響を与える...
建設作業員の膝関節エクソスケルトンによるバランス補助と作業タスク評価 背景紹介 建設作業員は危険な作業環境で深刻な安全と健康リスクに直面しており、特に高所での作業では、長時間の立ち姿勢や膝立ち姿勢が膝関節の損傷、筋骨格系疾患、視覚的擾乱などを引き起こし、作業員のバランス能力を低下させます。転倒やその他の労働災害を防ぐために、研究者は技術的手段を通じて建設作業員のバランス能力を向上させる方法に注目しています。膝関節エクソスケルトン（knee exoskeleton）は、膝関節への負荷を軽減し、さまざまな作業姿勢でのバランスを維持するための有望な介入手段として認識されています。 本研究の核心は、下肢関節、特に膝関節が立ち姿勢と膝立ち姿勢での神経バランス制御戦略にどのように影響するかを探ることです...
視覚-慣性センサーに基づく上肢関節角度推定およびキャリブレーション方法の影響に関する研究 学術的背景 上肢の機能障害、特に脳卒中後の患者の上肢機能の低下は、日常生活に深刻な影響を及ぼします。リハビリテーションは上肢機能を回復するための重要な手段ですが、その効果は関節角度の正確な評価に依存しています。従来、光学マーカーに基づくモーションキャプチャシステム（optical motion capture, OMC）は関節角度推定の「ゴールドスタンダード」とされていますが、高価で持ち運びが不便なため、現実の臨床環境での普及が難しい状況です。近年、視覚-慣性計測ユニット（visual-inertial measurement units, VIMU）などの低コストセンサーが有望な代替手段として注目され...
エアロゲル骨セメントと遠隔加熱による骨インプラント-セメント界面の低侵襲修復 背景紹介 世界中で、下肢骨折は最も一般的な骨折タイプであり、特に高齢者や骨粗鬆症患者において発生率が高い。整形外科手術では、骨セメント（bone cement）がインプラントを固定するために広く使用され、長管骨の骨折治療に活用されている。しかし、インプラントと骨セメントとの界面は繰り返し負荷を受けると緩みやすく、インプラントの安定性が低下し、インプラントの故障を引き起こす可能性がある。これにより、痛みを伴う再手術が必要となる。従来の骨セメントと修復方法は、修復手術に通常は開放手術が必要であるという重大な課題を抱えている。これは患者の苦痛を増し、回復期間を長引かせてしまう。この問題を解決するため、研究者らはエアロゲル...
骨由来細胞外マトリックス（Bone-Derived ECM）を大孔径マイクロリボンスキャフォールドに組み込むことで骨再生を加速する研究報告 バイオメディカル分野の継続的な進展に伴い、組織工学および再生医療のさまざまな組織修復への応用がますます重要になってきています。しかし、骨組織再生に関する研究は依然として多くの課題に直面しています。骨損傷とその再生能力の不足は現代医学が早急に解決すべき問題であり、特に老齢化や特定の疾患によって骨再生能力が著しく低下した場合（骨欠損や外傷など）にはこの問題が顕著になります。臨界サイズ骨欠損（Critical-Sized Bone Defects）は、自力で治癒することができない骨損傷の一種であり、現在の一般的な治療法として自家骨または他家骨移植が挙げられます...
骨インプラントの免疫調節と骨結合の強化：トロンビン活性化による多血小板血漿（PRP）自己集合技術の研究詳細 背景紹介 骨欠損の修復に対応するため、骨インプラントは現代医療において極めて重要な役割を果たしています。しかしながら、ポリエーテルエーテルケトン（Polyetheretherketone, PEEK）などの既存の骨インプラント材料は、化学的安定性、弾性率、画像適合性といった顕著な利点を持つものの、最も重要な課題に直面しています：それは生体不活性です。生体不活性は、インプラントと周囲の骨組織との統合プロセスを妨げ、術後の炎症、骨吸収、さらにはインプラント失敗を引き起こします。 この問題を解決するため、インプラント表面に生物活性物質を導入することが一般的です。しかし、これらの外因性物質は免...
3Dバイオプリンティング足場による骨再生促進の研究 学術的背景 近年、産業や交通の発展、戦争や紛争の頻発により、頭部や顔面の損傷の発生率が著しく増加しています。これらの損傷やその関連治療（減圧開頭術など）は、頭蓋骨欠損を引き起こし、脳機能の回復に影響を与え、心理的障害を引き起こす可能性があり、社会経済的負担をもたらします。そのため、頭蓋形成術の成功は非常に重要です。従来の自家骨移植は頭蓋形成術の理想的な方法とされていますが、臨床現場では、自家骨髄間葉系幹細胞（auto-BMSCs）の採取には、骨髄の老化や造血系疾患などの制約があります。そのため、他家骨髄間葉系幹細胞（allo-BMSCs）が潜在的な代替案として注目されています。しかし、allo-BMSCsの骨再生における役割はまだ明確ではあ...