1999 Fiscal Year Annual Research Report
骨組織・細胞のメカニカルストレスに対する適応応答と構造形成
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11780621
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
安達 泰治 神戸大学, 工学部, 助教授 (40243323)
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| Keywords | バイオメカニクス / 骨 / メカニカルストレス / 適応 / 構造形成 / 骨芽細胞 / 力学的再構築 / リモデリング |
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| Research Abstract |
メカニカルストレスに対する骨のリモデリングによる機能的適応応答とその結果形成される構造との関連を力学的観点から明らかにすることを目的として,下記の研究を行った.
1.骨のリモデリングによる力学的適応モデルの構築とシミユレーション
(1)骨組織内の応力やひずみと力学的リモデリングを関係付ける現象論的数理モデルを構築し,そのシミュレーション手法を検討した.ここでは特に,μCT等から得られるデジタルイメージを用いて骨のリアルな構造を直接コンピユータ内に構築し,大規模計算手法を用いてより現実に即したシミュレーションを行うための新たな手法を提案した.
(2)骨の微視構造レベルにおける各種細胞活動を考慮した骨のリモデリングのモデル表現について検討し、そのシミユレーションを通じて局所的なりリモデリングのもたらす全体構造としての力学的最適性について検討した.ここでは特に,リモデリングの速度式に含まれるモデルパラメータについて定量的な検討を行い、結果として現れる全体構造に及ぼす役割を明らかにした.
2.培養骨芽細胞を用いた骨の力学的適応過程に関する実験的検討
(1)骨組織に対する力学的刺激が、細胞レベルでの力学的リモデリングに及ぼす影響を実験的に検討するため、培養骨芽細胞を用いた実験系を確立した.単一の細胞に力学刺激を与えるマクロピペットを用いた実験装置と基質の変形を介して一様な引張り変形を与える実験装置を試作した.
(2)試作した実験装置を用いて、力学的な刺激が作用した骨芽細胞の細胞骨格あるいはシグナル伝達物質の一つであるカルシウムイオンの経時的変化を捕らえ,培養骨芽細胞のメカニカルストレスに対する応答を検討した.
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[Publications] Taiji ADACHI: "Three-Dimensional Lattice Continuum Model of Cancellous Bone for Structural and Remodeling Simulation"JSME International Journal. 42C-3. 470-480 (1999)
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[Publications] 安達泰治: "骨梁表面再構築による海綿骨の力学的適応シミュレーション"シミュレーション. 18-4. 251-259 (1999)
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[Publications] Ken-ichi Tsubota: "Simulation Study on Model Parameters of Trabecular Surface Remodeing Model"Proc.of 4th Int.Svmp.on Computer Methods in Biomech.& Biomed.Eng.. (in press). (2000)
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[Publications] Taiji Adachi: "Digital Image-based Finite Element Model for Trabecular Surface Remodeling in Cancellous Bone"Proc.of 4th Int.Symp.on Computer Methods in Biomech.& Biomed.Eng.. (in press). (2000)
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[Publications] Taiji Adachi: "Microstructural Changes in Cancellous Bone Predicted by Trabecular Surface Remodeling Simulation"Extended Abstract of 1999 ASME Summer Bioengineering Conference. BED42. 699-700 (1999)
