| Project/Area Number |
24K21597
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 20:Mechanical dynamics, robotics, and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
福田 敏男 名古屋大学, 未来社会創造機構, 客員教授 (70156785)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 大 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20713374)
金 恩恵 名古屋大学, 未来社会創造機構, 研究員 (30972517)
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| Project Period (FY) |
2024-06-28 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | 筋組織 / アクチュエータ / 筋-腱接合部 / 筋収縮制御 / 神経-筋結合部 / 電気刺激 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では培養骨格筋とロボット骨格とを接続する腱の機能を有する接続インターフェイスについて研究を行うことで、高い筋-腱接合強度や安定性を有し、長期にわたり使用可能なin vitro Hyper Muscle Actuator (iHMA)の実現を目指す。このためには、①培養筋の密度制御による腱-筋接続部のグラディエントを有する変化実現、②機能的な腱構造、③筋組織の精密駆動のためのマイクロ刺激電極、の3要素が重要となってくる。そこで、本研究では上記の3要素について研究を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、研究代表者らが有するマイクロ・ナノメカトロニクス技術を用いて、生体外にて骨格筋と人工物との接合部を作製し、筋-腱接合システムを人工的に創製することで、生体と同様の筋収縮にも耐えうる筋-腱接合を生体外にて構築し、アクチュエータとしての応用を目指している。
本年度は細胞筋組織と人工物との接続部分について、筋組織を過剰収縮させ比較的硬い組織となった細胞塊を間に入れた筋-腱接合システムの構築を実施した。通常、培養筋は収縮性能を示すために柔らかく、硬い人工物との接合箇所において破断しやすいという特性を持っていた。そこで、培養筋組織と人工腱構造物との間に上述の過剰収縮筋を入れることで、柔らかい筋組織から硬い腱構造へと硬さの勾配を付けて接続をすることに成功した。また、過剰収縮筋は収縮機能を失ってしまうが、過剰収縮筋と接続した培養筋組織は収縮機能を失わず、電場印加に応じて駆動可能であることを確認すると共に、人工腱構造との接続部における破断が減少していることも確認した。
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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
研究実績の概要でも示した通り、過剰収縮筋を筋-腱接合部に用いることで、培養筋を直接腱構造に接続する場合と比較し破断してしまう割合が減少していることが確認できており、本研究が目的とする筋-腱接合部の新たな創製について効果的と見られる方法を開拓できているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は過剰収縮筋を用いた際の筋-腱接合部の接着強度について定量的な評価を行うために引張試験等を導入すると共に、より効果的な接合の実現を目指して腱構造の形状、材料、表面処理方法などについて検討を行うと共に、培養筋組織構築に使用する生体外マトリックス等の材料や細胞濃度についても最適化を実施する。
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