糖尿病ラットモデルと健常ラットモデルにおける肋骨のナノメカニカル特性

本研究では、静的および動的ナノインデンテーションを組み合わせて、糖尿病および生理的加齢がラット肋骨皮質骨のナノメカニカル挙動に及ぼす影響を調べた。若齢対照群、老齢群、およびストレプトゾトシン誘発糖尿病ラットの肋骨を分析し、固有の機械的特性および周波数依存性の機械的特性を定量化した。静的ナノインデンテーションにより、糖尿病群では対照群（0.11 ± 0.03 GPaおよび3.21 ± 0.51 GPa、p< 0.001）と比較して、硬度および弾性率が著しく高い値（それぞれ0.47 ± 0.22 GPaおよび9.53 ± 3.03 GPa）を示した。破壊靭性の指標である弾性率/硬度比は、対照群の30.34から糖尿病群の20.45に低下しており、剛性の増加とともに脆性が増大していることが示唆された。動的ナノインデンテーション（0–4.5 Hz）では、貯蔵弾性率および損失弾性率に有意な加齢関連の変化が認められたが（p< 0.001）、損失係数（tan δ < 1）および粘度は群間で類似しており、主に固体的な挙動を示していた。これらの結果は、糖尿病がマトリックスレベルの変化を通じて骨組織を硬化させる一方、加齢は主に粘弾性減衰能力に影響を与えることを示している。本研究で用いた静的・動的ナノインデンテーション複合プロトコルは、組織スケールにおける疾患および加齢に関連した骨劣化を区別するための堅牢なフレームワークを提供する。トランスレーショナルな観点から、本研究結果は、糖尿病患者や高齢者の骨が正常な骨密度にもかかわらず骨折する理由を説明するのに役立ち、従来の骨密度測定を超えた骨質評価の必要性を強調している。