骨がなければ、あなたの体は臓器の詰まったツルツルの袋になってしまうでしょう。 しかし、理科の授業で（あるいはハロウィーンの飾りとして）見たことのある堅い骨格の模型は、話の半分しか語っていません。 骨格は体を支えるだけではないのです」とローラ・トシは説明します。 ワシントンD.C.のChildren’s National Medical CenterでBone Health Programを指揮するトシは、「骨はあらゆる重要な役割を担っている」と言います。 骨髄（体の長い骨の空洞内部を満たす柔らかいゼリー状の物質）は、赤と白の両方の血液細胞を作り出します。 白血球は感染症と戦い、赤血球は全身に酸素を送ります。
教育者と保護者の皆さん、チート・シートに登録してください
学習環境における生徒向け科学ニュース活用に役立つ、毎週のアップデート
そしてこれは手始めでもあるのですが、このチート・シートには、私たちを取り巻くさまざまな問題が含まれています。 研究者たちは、骨が他の体の部分と驚くべき方法で「おしゃべり」していることを発見しています。 骨格の秘密が明らかになるにつれて、病気を治したり、代わりの骨を成長させたりするのに役立つ手がかりが見つかっています。
The skeleton crew
体の形を作る骨組みは、意外と忙しいのです。 「骨は非常にダイナミックな器官です」と、マーク・ジョンソンは指摘します。 ミズーリ大学カンザスシティ校の生化学者であるマーク・ジョンソン氏は、次のように指摘します。 リモデリングと呼ばれるプロセスでは、古い骨が破壊され、新しい骨がその場所を占めるようになります。 幼少期には、このプロセスによって骨が成長し、形状が変化します。 成人の場合、リモデリングは損傷を修復し、骨がもろくなるのを防ぐのに役立ちます。
破骨細胞と呼ばれる細胞は、吸収と呼ばれるプロセスで古い骨を分解します。 また、破骨細胞と呼ばれる細胞は、新しい骨を作る役割を担っています。 しかし、ほとんどの骨細胞は第3のタイプに属しています。 骨細胞と呼ばれるこの細胞は、骨芽細胞や破骨細胞に指示を出します。 「リモデリングを交響曲と考えると、骨細胞は指揮者です」とジョンソン氏は説明します。
幼少期から成年期にかけて、体は新しい骨を作る量が、取り除く量を上回ります。 つまり、質量、つまり骨の量が増えるのです。 もちろん、体の他の組織が邪魔をして、骨の量を測定することは困難です。 そこで医師は、骨の一部分に詰まっている硬いミネラルの密度を測定することで、骨の強度を推定しています。
より多くの骨を作るために、細胞は特定のビルディングブロックを必要とします。 特に重要なのは、カルシウムです。 カルシウムは乳製品や多くの野菜に含まれるミネラルで、強い骨はカルシウムに依存しています。 また、骨は体内のカルシウムの貯蔵庫としても機能しており、さまざまな場所で利用されています。 例えば、カルシウムは心臓を動かすための化学反応を促進します。 食事でカルシウムが不足すると、体は骨格からカルシウムを奪います。 カルシウムの吸収を助けるビタミンDも、十分でなければ健康な骨を保つのは難しい。 しかし、多くの人はビタミンDが少なすぎます。その結果、骨が薄くなったり、形が崩れたりします。
骨を作ることに関しては、「運動が最も重要です」と、トシは学生向けの科学ニュースに語っています。 ウォーキング、ランニング、ジャンプ、ウェイトリフティングなど、体重を支える運動は、骨量を増やすのに最適です。 実際、プロのテニスプレーヤーは、ラケットを振る腕の骨が強くなっているそうです。
運動は、おそらくいくつかの方法で骨を強くするとジョンソン氏は言います。 体重をかける運動は、骨に微量のダメージを与えます。 骨芽細胞は、その損傷を修復するために新しい骨を産み出すことで対応します。 それは、でこぼこ道の穴の上に舗装をするようなものです。
Conversations between bone and muscle
しかし、ほんのわずかな損傷を舗装することは、運動による骨への恩恵の一部しか説明していません。 ここ数年、ジョンソン氏のチームは、骨を強くするためのルートははるかに複雑であることを示しました。 かつて科学者たちは、その答えを骨だけに求めていたのだ、と彼は言う。 しかし、結局のところ、筋肉もまた、骨の挙動について何かを語っているのです。
ジョンソンのチームと他の研究所の科学者は、2種類の組織の間で行われるシグナル伝達（一種の化学的おしゃべり）を発見しました。 骨は、筋肉の働きに影響を与える信号を送っているようです。 ジョンソンの研究チームは、筋肉が、骨細胞の働きに影響を与える信号を送っていることを発見したのです。 (分子とは、化学結合で結ばれた原子の集まりのことです。 分子は、体内の細胞やプラスチックの構成要素から地球の大気中のガスに至るまで、あらゆるものを構成しています。 彼は、これらを特定し、それらが骨にどのようなメッセージを送るかを研究しています。 もし彼が成功すれば、いつの日か、これらのメッセージの音量を上げる薬やその他の治療法を特定することができるかもしれません。 そうすれば、例えば、骨芽細胞にもっと新しい骨をつくらせることができるようになるかもしれない。 そのような治療法は、弱くてもろい骨を強化するのに役立つかもしれません。 骨粗鬆症と呼ばれるこの状態は、多くの高齢者に影響を与え、骨が簡単に折れてしまいます。
しかし、この研究は、骨を弱めたり傷つけたりする病気にかかった若い人たちにも役立つかもしれません。 一例として、骨がもろくなる病気があります。 その名が示すように、この病気を持って生まれた人は、骨が繊細で簡単に折れてしまいます。
骨粗しょう症とは、猫背になり、身長が伸びず、骨が細くて弱くなり、簡単に折れてしまう病気です。 矢印は、骨が伸びる（左）、骨が縮む（右）。 ウィキメディア・コモンズ 体外で骨を作る
骨を丈夫にするように体に指示することができれば、多くの骨格障害を持つ人々を助けることができるだろう。 しかし、時にはゼロから新しい骨を作る方がもっと良いこともあります。
その動機の1つは、トリーチャー・コリンズ症候群の人々を助けることです。 この病気は、顔の骨が異常に成長するものです。 この症候群で生まれた人は、頬骨が小さかったり、欠けていたりする傾向があります。 そのため、顔が垂れ下がっているように見えるのです。
医師は、手術によって、これらの不格好な骨を置き換えたり、欠損した骨を追加したりすることができます。 それには、体の他の部分から骨を採取する必要があります。 外科医は、たとえば腰骨の塊を切り取るかもしれません。 それを頬骨のような形に整えた後、顔に移植します。 ひとつには、股関節を傷つけてしまうこと。 また、借りた骨は、完璧な頬や顎の形にするのが難しい場合があります。
そこで、コロンビア大学チームは、ラボで代替骨を成長させています。 まず、生きた細胞を取り除いた牛の骨から、足場（フレーム）を作ります。 この足場は、骨を置き換えたり、追加したりしたい正常で健康な骨と同じような形になるように削り取られます。 幹細胞は、骨を含むさまざまな種類の細胞に成熟することができるという点で特別です。 幹細胞は、骨を含むさまざまな種類の細胞に成熟することができる特別なものです。コロンビアのチームは、患者から採取した脂肪から幹細胞を採取します。 この細胞を足場に貼り付け、骨細胞に成長するのに必要な栄養を与える。 数週間後、外科医は骨性の足場を患者の顔に埋め込む。 時間が経つにつれ、新しい骨は足場を完全に食べ尽くしてしまう。 最終的には、患者の骨細胞だけが残ることになります」と、Sarindr Bhumiratana氏はScience News for Studentsに語っています。 生物医学エンジニアである彼は、骨開発プロジェクトに取り組むコロンビア大学の研究者の1人です。
これまでのところ、これらの研究者はブタにだけ骨を成長させて移植しています。 しかし間もなく、彼らはこの技術を人間でテストすることを計画しています。
そう遠くない将来、顔の変形を持つ人々が、新しい顎骨や頬骨をゼロから作ることができるようになるかもしれません。 「未来の科学はエキサイティングです」とBhumiratana氏は言い、「楽しくなりそうです」とも述べています。
パワーワード
バイオメディカル・エンジニア 生物学や医学における問題の解決策を見つけるために、科学や数学を使う専門家。 例えば、人工膝などの医療機器を作ったり、体内で使用する組織を作る新しい方法を見つけたりします。
骨髄 血液細胞を作り出す、骨の中の柔らかい脂肪質の物質。 ポンプ（左）が特殊な液体と栄養分（右の赤い液体）を骨細胞に浴びせ、成長を助ける。
骨量 骨格の重さ
骨密度 カルシウムやその他のミネラルが骨の一部分に詰まっている量
骨粗しょう症 生まれつきの遺伝子疾患で、骨が弱くもろく、早期に難聴と低身長を引き起こす。 この病気は、25,000～50,000人のアメリカ人が罹患していると考えられています。
カルシウム ほとんどの生物が成長するために必要な化学元素。
分子 化学化合物の可能な限り小さな量を表す、電気的に中性な原子のグループです。 分子は、単一の種類の原子で構成されることも、異なる種類の原子で構成されることもある。 例えば、空気中の酸素は2つの酸素原子（O2）でできていますが、水は2つの水素原子と1つの酸素原子（H2O）でできています。
骨芽細胞 新しい骨組織を合成する細胞。
骨粗鬆症 骨が弱く、もろく、骨折しやすい状態。
幹細胞 体内で他の種類の細胞を生み出すことができる「白紙の状態」の細胞。
組織 動物、植物、菌類を構成する、細胞からなる異なる種類の物質のいずれか。
トリーチャー・コリンズ症候群 顔の骨や他の組織の発達に影響を及ぼす遺伝病。
ビタミンD 太陽のビタミンと呼ばれ、日光の特定の紫外線波長にさらされると、皮膚でこの化学物質が作られます。 皮膚で作られたものは活性型ではなく、体脂肪に必要な分まで蓄えられる前駆体型です。 活性型ビタミンは、骨にカルシウムが取り込まれるのを助けるホルモンになります。 また、筋肉の衰えや糖尿病、ある種のがんや歯周病など、さまざまな慢性疾患と闘う役割も担っています。 屋外で過ごす時間が少ない人や、日焼け止めを塗っている人は、理想的な量のビタミンDを摂取できないかもしれません。 そこでメーカーは、一般的に消費される食品、特に牛乳や一部のオレンジジュースに、ビタミンDを強化することにしました。