田渕 圭章, 轟 勇人, 鈴木 信雄, 平野 哲史, 竹内 真一, 椎葉 倫久, 近藤 隆, 長谷川 英之

Yoshiaki TABUCHI, Yuto TODOROKI, Nobuo SUZUKI, Tetsushi HIRANO, Shin-Ichi TAKEUCHI, Michihisa SHIIBA, Takashi KONDO, Hideyuki HASEGAWA

¹富山大学研究推進機構, ²富山大学大学院生命融合科学教育部, ³富山大学大学院理工学教育部, ⁴金沢大学環日本海域環境研究センター, ⁵桐蔭横浜大学大学院工学研究科, ⁶日本医療科学大学保健医療学部, ⁷富山大学大学院医学薬学教育部

¹Life Science Research Center, University of Toyama, ²Graduate School of Innovative Life Science, University of Toyama, ³Graduate School of Science and Engineering, University of Toyama, ⁴Institute of Nature and Environmental Technology, Kanazawa University, ⁵Graduate School of Biomedical Engineering, Toin University of Yokohama, ⁶Faculty of Health Sciences, Nihon Institute of Medical Science, ⁷Graduate School of Medicine and Pharmaceutical Sciences, University of Toyama

キーワード :

【目的】
超音波は，哺乳類の培養細胞に対して，分化誘導，遺伝子発現変化，アポトーシス誘導，DNA二本鎖切断等，様々な生物学的な効果があることが知られている．また，臨床において，低出力パルス超音波（LIPUS）は骨折治療に有効に利用されている．今回，我々は，マウスMC3T3-E1前骨芽細胞様細胞の細胞増殖と細胞分化に対するLIPUSの効果を検討した．また，ハイドロホンを用いて細胞培養容器内の音圧分布を測定した．
【方法】
マウスMC3T3-E1前骨芽細胞様細胞（理研BRC）を10％ウシ胎児血清含有MEMα培地（2 ml）に懸濁し，35 mm シャーレ（AGC TECHNO GLASS）に蒔き，CO₂インキュベータ内で培養した（37℃）．超音波骨折治療器（SAFHS4000J，帝人ファーマ）の振動子をCO₂インキュベータ内に水平に設置し，超音波ゲルを挟んでその上にシャーレを置き，シャーレの下面から超音波を20分間照射した（超音波周波数1.5 MHz, DF: 20％，パルス繰り返し周波数: 1 kHz, 超音波有効強度: 30 mW/cm²）．音圧を測定する時，35 mm シャーレに純水を2 ml入れ，ハイドロホン（Takeuchi et al., AIP Conf. Proc. 1433, 663-666（2012））を用いて1 mm間隔，全体で合計373点の音圧を測定した．
【結果】
今回の実験条件下では，LIPUSの超音波強度（mW/cm²）の最小と最大値は各々6.2と55.5で，中心部分の値は40.4であり，位置によって値のばらつきが大きいことが示された．一方，平均強度は31.4 mW/cm²となり，機器の超音波有効強度とほぼ一致した．細胞へのLIPUSの20分間の1回照射は，細胞数や骨芽細胞の分化のマーカーであるアルカリフォスファターゼ活性に影響を与えなかった．一方，LIPUSはERK（extracellular signal-regulated kinase）を活性化した．また，骨芽細胞の分化のマーカータンパク質であるBGLAP（bone gamma carboxyglutamate protein; osteocalcin）のLIPUSによるmRNAレベルの上昇は， ERK活性化阻害剤U0126の前処理により消失した．
【結論】
LIPUSの効果には，ERKの活性化が少なくとも一部関与することが示された．一方，LIPUSの強度はシャーレ内で均一ではなかったので，個々の細胞に対するLIPUSの効果には差があると推察される．音圧分布の均一化は，より明確なLIPUSの効果誘導に繋がると思われる．