本研究グループは、骨量・骨密度だけでなく、骨基質配向性が骨の力学機能を強く支配していることを、これまでに明らかとしている。特に再生骨では、健全骨に類似した骨基質配向性の整った骨を形成することが、術後感染症の予防にも有効ではないかとの仮説を立て、今回、コラーゲン／アパタイト配向化骨基質の形成が細菌感染に及ぼす影響を検討した。

　金属3Dプリンティングの技術で一方向性の微細な溝構造を作製し、溝基板上で骨芽細胞の培養を行うと、一方向にそろった骨芽細胞が構築する骨基質も、生体骨と類似した規則的な配向性を達成できることを見出した。これを大腸菌と共培養を行うことで、細胞機能が大腸菌の付着、生存、増殖にどのような影響を与えるか調べた。

　その結果、早期には配向化した骨芽細胞が大腸菌の付着を大幅に抑制することを発見した。また、長期的には、抗菌タンパク質の一種であるβ-defensin 2および3を多く産生することを突き止め、これらが大腸菌を溶解する作用により高い感染抵抗性を示し、大腸菌数を大幅に軽減することがわかった。

　本研究により、骨が元来もつ健全な骨基質配向性が、骨の力学的強度を高めるだけではなく、骨形成の早期～長期にわたり強力な感染抵抗能を示すことを世界で初めて実証した。すなわち、骨基質配向化を誘導する骨デバイスは、早期の骨治癒の健全化をもたらすとともに、術後感染の抑制にすぐれた効果を発揮することが考えられるとしている。この成果は、骨疾患の早期回復を可能とする医療デバイスの設計につながることが期待される。

論文情報：【Biomaterials Advances】Host bone microstructure for enhanced resistance to bacterial infections