Development of a numerical model to clarify the rupture/damage mechanics of the red blood cell
Project/Area Number |
20K14651
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Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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Research Institution | Iwate Prefectural University (2022) Akita Prefectural University (2020-2021) |
Principal Investigator |
ニックス ステファニー 岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 講師 (00756637)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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Keywords | 赤血球 / 赤血球膜 / 境界要素法 / バイオメカニクス / 生体流体力学 / 溶血 |
Outline of Research at the Start |
血液が補助人工心臓や透析装置を通過する際に,血液の主成分である赤血球が破壊されることがある.赤血球の破壊・損傷により様々な症状を引き起こすため,赤血球の破壊・損傷を理解することが重要な課題であるが,根本的なメカニズムが未解明である.本研究の目的は,赤血球膜の実際な構造を基づいたシミュレーションを開発し,赤血球の破壊・損傷のメカニズムの新規候補を提案することである.赤血球の破壊・損傷メカニズムの解明に成功すれば,血液の品質低下を招かない人工臓器の開発などの分野に貢献できると考えられる.
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究では,赤血球膜の骨格構造が不均一であること,つまり接続タンパク質が異なる構造に結合し,異なる数の接続を形成することが知られている.一方で,従来の赤血球は均一な構造としてモデル化されており,そのトポロジーの違いが見落とされている可能性がある.そこで,本研究では非構造化された三角形のメッシュと,実際の細胞膜骨格の構造を表現したメッシュ赤血球膜のメッシュを作成した.これらのメッシュを用いた赤血球モデルを流れの中の挙動を比較し,トポロジーの均一性の違いがどのような影響を与えるかを調査した.赤血球膜の骨格構造の不均一性とトポロジーの違いが,赤血球の挙動に与える効果を明確化することができた.赤血球膜の骨格構造が赤血球の老化や疾患に関連していると示唆されているため,膜骨格の構造の不均一性が赤血球の変形等の挙動にどのように影響しているか明らかにできれば,血液疾患に対する知見と治療に繋げる.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計算モデルを確立することができたため,おおむね順調に進展していると考えられる.
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Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果を踏まえ,今後の研究では次の方策を推進する.まず,赤血球膜骨格の不均一性における変動の影響を詳しく明らかにするために,ノードの連結性が平均値ではなく,一連の生理学的な値を取るように設定する.これにより,不均一性の変動が赤血球の挙動に与える影響を具体的に把握することができる.また, 赤血球膜骨格の構造のトポロジー性が赤血球の挙動に及ぼす影響を検証するために,損傷や破裂を引き起こす可能性のある条件を含む様々な数値実験を実施する.これにより,トポロジーの変化が赤血球の安定性や機能にどのような影響を与えるのかを明確化する.また,膜骨格構造同士の結合と離脱の要素を導入することで,赤血球の老化メカニズムの解明を目指す.
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Report
(3 results)
Research Products
(1 results)