| Project/Area Number |
21K12635
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
山本 憲隆 立命館大学, 理工学部, 教授 (40210546)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | バイオメカニクス / 力学的適応 / 腱・靭帯 / 生体分子 / コラーゲン |
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| Outline of Research at the Start |
腱や靭帯は力学的環境の変化に対して，形態や力学的性質を変化させて適応（リモデリング）する．本研究の目的は，この力学的適応のメカニズムを分子レベルから解明することである．具体的な研究項目は，①腱から抽出したコラーゲン分子とプロテオグリカンを含む溶液から原線維と線維束を再構成する，②再構成過程におけるコラーゲン分子とプロテオグリカンの力学的相互作用を水晶振動子マイクロバランス（QCM）を用いて解析する，③再構成された原線維と線維束の力学的性質と微細構造を明らかにする，の３点である．
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ⅰ型コラーゲンとプロテオグリカン（コンドロイチン硫酸）を反応させてゲルを再構成させ，コラーゲン分子とプロテオグリカンの力学的相互作用について，水晶振動子マイクロバランス（QCM）を用いて検討した．水晶振動子を装着したセルのカップ部に，マイクロピペットを用いてコラーゲン溶液，コンドロイチン硫酸溶液，再構成用緩衝液を滴下して，コラーゲンゲルを再構成させた．得られたQCMのアドミタンス特性から，貯蔵弾性率（弾性成分）と損失弾性率（粘性成分）を算出して，損失正接を求めた．その結果，コラーゲンにコンドロイチン硫酸を加えて反応させると，コラーゲンのみで反応させた場合に比べて，再構成されたゲルの粘性が小さくなり，弾性が大きくなることが明らかになった．また，コラーゲンとコンドロイチン硫酸の反応で得られた試料の原子間力顕微鏡（AFM）画像では，再構成された直径3μｍ程度の線維の表面に周期構造を持つ直径100～300ｎｍの原線維が観察された．
Ⅰ型，Ⅱ型，Ⅲ型コラーゲン溶液から原線維を再構成させ，この原線維の引張試験を行った．試験は倒立顕微鏡のステージ上で，暗視野下で行った．ステージ上に固定したマイクロマニピュレータに取り付けたマイクロ針を用いて，原線維を取り上げ，その両端をマイクロ針に巻きつけた．その後，生理食塩水中で原線維が破断するまでマイクロ針を移動させた．その結果，Ⅰ型に比べてⅡ型，Ⅲ型では，再構成された原線維の引張強度と接線弾性係数が有意に小さくなることが明らかになった．
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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
コラーゲン溶液とコンドロイチン硫酸から原線維や線維束を再構成させ，この過程で起こるコラーゲン分子間の力学的相互作用をQCMを用いて解析するとともに，再構成された原線維と線維束の微細構造観察と引張試験を行った．さらに，Ⅰ型に加えてⅡ型とⅢ型のコラーゲン溶液を用いて再構成を行い，コラーゲンタイプの影響について検討を行った．以上のように，当初の計画通りに研究は進展している．
ただし，補助事業の目的をより精緻に達成するために，さらに実験を行う必要があり，補助事業期間を延長した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度に引き続き，Ⅰ型，Ⅱ型，Ⅲ型コラーゲン溶液とコンドロイチン硫酸からコラーゲンゲルや原線維・線維束を再構成させ，この過程で起こるコラーゲン分子間の力学的相互作用をQCMを用いて解析し，再構成された原線維・線維束の微細構造観察と引張試験を行う．
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