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Control of Dynamic Mechanical Environments for Cells for Regenerative Medicine

Research Project

Project/Area Number 16K06150
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Dynamics/Control
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

SHIRAISHI Toshihiko  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (30361877)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords機械力学・制御 / 細胞 / 再生医療 / 骨 / 軟骨 / 振動学 / モデル化 / 力学センサ / 骨・軟骨 / 振動モード / 固有振動数 / 細胞のダイナミクス
Outline of Final Research Achievements

To investigate the vibration response, excitation experiments were conducted for an osteoblastic cell or a cancer cell. Their natural frequency and mode of vibration were not clearly measured in the range from 12.5 to 100 Hz and from 0.25 to 1 G. It indicates that the improvement of spatial resolution for measurement may be required. To promote both cell proliferation and cell differentiation, excitation experiments were conducted for osteoblastic cells applying the mechanical vibration superposing 0.5 G and 12.5 Hz vibration and 0.5 G and 50 Hz vibration. Both the cell proliferation and the cell differentiation were promoted and the type of cells can be modelled as a linear system. The effect of mechanical vibration on chondrocytes using plane culture without special scaffolds were investigated. The thickness of tissue generated by chondrocytes under the 0.5 G and 12.5 Hz mechanical vibration were approximately 1.5 times as thick as that without vibration.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

再生医療のさらなる進展のために,従来の化学環境だけでなく,動的力学環境を制御する新しい手法によって,細胞を増殖させる速度を促進させたり,再生医療に必要な目的の細胞に分化させたり,生体内に近い3次元構造を持つ再生組織を得たりすることを細胞培養にて検討した.その結果,骨産生を行う骨芽細胞では,0.5Gの12.5Hzと50Hzの正弦波を重ね合せた機械的振動を与えることで,細胞の増殖と分化を共に促進することを示した.さらに,再生医療の需要が高い軟骨細胞では,簡易な平面培養においても,0.5G,12.5Hzの機械的振動を与えることにより,再生軟骨組織の厚さが振動なしの約1.5倍に達することを示した.

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (32 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results) Remarks (2 results)

  • [Presentation] Effects of Mechanical Vibration on Cultured Cells to Regenerate Cartilage2018

    • Author(s)
      Tomoaki Nozawa
    • Organizer
      15th Joint Symposium among Sister Universities in Mechanical Engineering
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  • [Presentation] Effects of Mechanical Vibration on Cultured Nerve Cells2018

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    • Organizer
      15th Joint Symposium among Sister Universities in Mechanical Engineering
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  • [Presentation] 培養骨芽細胞に対する重畳した機械的振動の影響2018

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      後藤あゆみ
    • Organizer
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      日本機械学会機械力学・計測制御部門講演会
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    • Author(s)
      野澤智晶
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      日本機械学会機械力学・計測制御部門講演会
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    • Organizer
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 重畳した機械的振動が培養骨芽細胞に及ぼす影響2018

    • Author(s)
      後藤あゆみ
    • Organizer
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      野澤智晶
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      日本機械学会第31回バイオエンジニアリング講演会
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  • [Presentation] 重畳した機械的振動が細胞の増殖および分化に及ぼす影響2018

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      後藤あゆみ
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      野澤智晶
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    • Organizer
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    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
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    • Organizer
      日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
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      名古屋
    • Year and Date
      2017-01-19
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    • Organizer
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  • [Presentation] 再生医療のための培養軟骨細胞に対する機械的振動の影響2017

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      日本機械学会機械力学・計測制御部門講演会
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  • [Presentation] A Study of a Cell Mechanosensing System under Mechanical Vibration Considering Its Modes of Vibration and Calcium Ion Response2017

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      2017 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition
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  • [Presentation] A Study of a Mechanism of Cell Proliferation Promotion by Mechanical Vibration Considering Chemical Signals2017

    • Author(s)
      Akitoshi Nishijima
    • Organizer
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  • [Presentation] 細胞の機械的振動刺激感受メカニズム検討のための振動モードおよびカルシウム応答の測定2017

    • Author(s)
      中村佑輝
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  • [Presentation] 培養骨芽細胞のカルシウム応答に対する焦点接着斑での繰り返しひずみの影響2017

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      永井幸汰
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      日本機械学会第30回バイオエンジニアリング講演会
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  • [Presentation] 機械的振動が培養軟骨細胞に及ぼす影響2017

    • Author(s)
      野澤智晶
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      日本機械学会第30回バイオエンジニアリング講演会
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  • [Presentation] β-カテニンに着目した機械的振動による培養骨芽細胞の増殖促進メカニズムの検討2017

    • Author(s)
      西島彰利
    • Organizer
      日本機械学会第30回バイオエンジニアリング講演会
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  • [Presentation] 内部構造の変形と生化学応答を考慮した細胞の機械的振動刺激感受システムの検討2017

    • Author(s)
      中村佑輝
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      第24回奈良・横浜・京都バイオメカニクスカンファレンス
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  • [Presentation] 機械的振動による培養骨芽細胞の増殖促進とβ-カテニンの核内移行との関係2017

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      西島彰利
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      第24回奈良・横浜・京都バイオメカニクスカンファレンス
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  • [Presentation] 培養軟骨細胞に対する機械的振動の影響2017

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      野澤智晶
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      第24回奈良・横浜・京都バイオメカニクスカンファレンス
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  • [Presentation] CELL RESPONSE TO CYCLIC STRAIN AT FOCAL ADHESIONS2016

    • Author(s)
      Toshihiko Shiraishi
    • Organizer
      ASME 2016 International Mechanical Engineering Congress and Exposition
    • Place of Presentation
      フェニックス(米国)
    • Year and Date
      2016-11-11
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  • [Presentation] 振動モードを考慮した細胞の機械的振動刺激感受システムの検討2016

    • Author(s)
      中村 佑輝
    • Organizer
      日本機械学会機械力学・計測制御部門講演会(D&D2016)
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    • Organizer
      日本機械学会機械力学・計測制御部門講演会(D&D2016)
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      宇部
    • Year and Date
      2016-08-23
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      第23回奈良・横浜・京都バイオメカニクスカンファレンス
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      西島 彰利
    • Organizer
      第23回奈良・横浜・京都バイオメカニクスカンファレンス
    • Place of Presentation
      京都
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      http://er-web.jmk.ynu.ac.jp/html/SHIRAISHI_Toshihiko/ja.html

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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