膝前十字靭帯の３次元変形解析による関節制動機構の力学的解明

Research Project

Project/Area Number	23KK0178
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	近田彰治大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (80598227)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山川学志大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任研究員(常勤) (40816740) 辻井聡大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任講師(常勤) (70898014) 大堀智毅大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (30869920)
Project Period (FY)	2023-09-08 – 2028-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥20,930,000 (Direct Cost: ¥16,100,000、Indirect Cost: ¥4,830,000) Fiscal Year 2027: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2026: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000) Fiscal Year 2025: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000) Fiscal Year 2024: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	バイオメカニクス / レーザースキャン / 靭帯モデル / 前十字靭帯再建術 / 整形外科
Outline of Research at the Start	膝前十字靭帯（ACL）は膝関節の屈曲可動域の全体に渡って適切な張力を発生させ、関節制動機構として機能することが明らかになっている。しかし、「In-Vivoの研究において付着部間距離から算出されたバネとしては弛緩している局面にも関わらず、In-Vitro力学試験では力を発生している」というパラドックスが存在する。これを説明し得るのは、「ACLは捻れを含む３次元的な部位依存変形によって機能している」という仮説である。ヒト生体における膝関節動態をIn-Vitro実験で忠実に再現し、レーザースキャナーによって３次元変形動態を定量することで、ACLの関節制動機構の全容と損傷に至る力学的過程を解明する。
Outline of Annual Research Achievements	膝前十字靭帯（ACL）は膝関節の屈曲可動域の全体に渡って適切な張力を発生させ、関節制動機構として機能することが明らかになっている。しかし、「In-Vivoの研究において付着部間距離から算出されたバネとしては弛緩している局面にも関わらず、In-Vitro力学試験では力を発生している」というパラドックスが存在する。これを説明し得るのは、「ACLは捻れを含む３次元的な部位依存変形によって機能している」という仮説である。ヒト生体における膝関節動態をIn-Vitro実験で忠実に再現し、レーザースキャナーによって３次元変形動態を定量することで、ACLの関節制動機構の全容と損傷に至る力学的過程を解明する。本年度は予備実験的に、レーザースキャナーを用いたデータ収集のプロトコール確立と、収集したデータの解析手法の開発を進めた。試験用のブタ膝に対してレーザースキャナーを用いて安定的に３次元モデルを再構築することができるようになった。また、得られた３次元モデルのデータの解析手法については、ACLに描画したマーカーの半自動抽出を安定的に行えるようになり、先行研究で示されている部位依存的な変形と類似した傾向が観察できた。また、海外連携先のピッツバーグ大学のDebski教授と米国整形外科基礎学会（ORS2024）において今後のピッツバーグ大学での実験に関する打ち合わせを行うことができた。さらに、Debski教授が学会で来日した際に研究室見学に来てもらう機会を得ることができたため、レーザースキャナーを使った実験のデモを行うことができ、今後の研究のさらなる発展的な可能性について議論を行うことができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 予備実験のデータから、安定的にスキャンと解析を進めることが確認できたため、まずは国内でブタ膝を用いた実験を進めることができるようになった。海外連携先のピッツバーグ大学のDebski教授との打ち合わせも対面で２回行うことができ、次年度以降の具体的な計画も進んだ。ピッツバーグ大学での実験に向けて、事務的な手続きも進められている状況である。
Strategy for Future Research Activity	国内でブタ膝を用いた実験を引き続き進めることに加え、ピッツバーグ大学でのヒト献体を対象とした実験も次年度中に計画している。事務的な手続きの完了以降、実験の日程を確定させて研究代表者と分担者で渡航して実施する予定である。