バイオミメティックス材料の分子力学適応評価試験システムの開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08555029
• Research Institution: Osaka Institute of Technology
• Principal Investigator: 仲町 英治 大阪工業大学, 工学部, 教授 (60099893)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 正夫 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (40163571) ; 平野 義明 大阪工業大学, 工学部, 助教授 (80247874) ; 橋本 成広 大阪工業大学, 工学部, 助教授 (00146515) ; 中易 秀敏 甲南大学, 理学部, 教授 (80142553)
• Keywords: バイオミメティックス材料 / 生命体材料 / 自己組織化 / 自己修復 / 生体細胞 / 分子力学解析 / 分子動力学解析 / 筋・骨細胞

Research Abstract

本研究では力学負荷が可能な生体微視構造計測と分子構造解析の最新技術を取り入れて生命体材料の機能発現メカニズム解明,バイオミメティックス材料創成支援さらにはバイオミメティックス材料の機能評価を行うことを目的とした分子力学適応評価試験システムの構築を行った.本研究では繰り返し引張り圧縮負荷装置,および分子レベルの細胞分子形態計測が可能な原子間力顕微鏡装置,および分子力学解析が可能なワークステーションを用いて,実験および解析両面から生命体分子の力学適応機能解明を試みた.骨格筋,平滑筋および骨芽細胞に繰返し引張り圧縮負荷を加えることで生命体分子固有の機能とされる力学負荷に適応した自己組織化・形態変化過程を観察した.シリコン薄膜上に着床した細胞が繰り返し力学負荷によって圧縮方向,つまり引張り負荷方向に直角な方向に回転する応答を示すことが分かった.細胞/分子レベルでの自己組織化,力学適応再構築,不均質および能動的運動という生命体の持つ基本的な機能を備えた人工生命体材料の開発が望まれている.つぎに,走査型原子間カプローブ顕微鏡による分子レベルでの形態・力学計測技術と分子/量子生物学に基づくコンピュータシミュレーション技術を融合することで,生命体分子材料の力学モデルを構築し,生命体材料の中で行われる形態形成・自己組織化のメカニズム解明を行った.研究では,筋細胞ユニット(アクトミオシン系分子モーター)および骨細胞のユニットとしてのコラーゲン・ハイドロキシアパタイト複合分子の分子構造解析,分子動力解析を行った.本研究によりアクトミオシン系分子の滑り運動発現,および骨基本分子の形成・分解発現に関する基礎的知見を得た.以上の研究成果は日本機械学会講演論文集および論文集に発表・掲載された.

Research Products

• [Publications] 粟津邦男,仲町英治: "骨格筋細胞への自由電子レーザー照射とその機能的適応" 日本レーザー医学会誌. 19-3. 155-161 (1998)
• [Publications] 粟津邦男,仲町英治: "骨格筋細胞の適応機能評価に関する基礎的検討" 日本バイオレオロジー学会誌. 12-4. 255-258 (1998)
• [Publications] Nakamachi,E.他2名: "Study of Formation-Resorption Cycle of Collagen-Hydroxyapatite Complex by Atomic Simulation" Abstracts of the III World Congress of Biomechanics. 310a (1998)
• [Publications] 仲町英治,山田哲也: "生体高分子アクトミオシン系の運動機構解明のための分子シミュレーション" 日本機械学会講演論文集. 984-1. 4-13-4-14 (1998)
• [Publications] 仲町英治,宮本靖幸: "分子構造解析による骨コラーゲン原線維の形成・分解発現メカニズムの解明" 日本機械学会講演論文集. 984-1. 4-15-4-16 (1998)
• [Publications] 仲町英治,平田忍: "コラーゲン・ハイドロキシアパタイト超高分子複合体による骨形成-骨代謝メカニズム解明のための分子シミュレーション" 日本機械学会講演論文集. 984-1. 4-17-4-18 (1998)