生体組織・細胞の機能的適応制御と再構築のマイクロバイオメカニクスと統合的解析

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12308047
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 林 紘三郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90026196)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 浩 大阪大学, 基礎工学研究科, 助手 (00263228) ; 藤江 裕道 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (20199300) ; 田中 正夫 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40163571) ; 安田 和則 北海道大学, 医学研究科, 教授 (20166507)
• Keywords: 生体組織 / 細胞 / 機能的適応制御 / 再構築 / 動脈壁 / 膝蓋腱 / 骨 / コラーゲン線維束

Research Abstract

1.高血圧下で血流量の変化が動脈壁再構築に及ぼす影響
高血圧ラットの頸動脈を低血流量状態にして動脈壁の反応を調べたところ,壁の円周方向応力と力学的特性は血流変化の影響を受けないが,内壁剪断応力は8週以内には正常レベルに戻らないこと,動脈壁の反応には平滑筋細胞の働きが不可欠なこと等がわかった。
2.腱・靭帯治癒組織の回復に及ぼす応力負荷効果
中央の一部を除去した家兎膝蓋腱を自然状態及び除荷状態で治癒させると,3週後の治癒組織の引張強度は,除荷治癒では自然治癒の場合の約15%であり,治癒には適度な負荷が必要なことがわかった。
3.負荷変化が骨の強度と形態に及ぼす影響
ラット下肢に作用する負荷を運動で増大させたり下肢固定で減少させて飼育した後に通常状態に戻し,脛骨皮質骨及び海面骨の構造や強度等の変化を調べたところ,皮質骨は負荷増大に対しては構造特性や材料特性を増大及び向上させ,また負荷減少に対してはこれらを減少及び低下させて力学的要請に応じて強度を変化させるが,海面骨は運動負荷及びその後の運動停止における過程では,力学的要請とは相反する構造変化をすること等がわかった。
4.培養コラーゲン線維束の繰り返し負荷応力に対する反応
周波数と1日当たりの負荷時間を様々に設定した繰り返し負荷応力を作用させながら膝蓋腱コラーゲン線維束を培養したところ,同じ負荷時間ならば周波数が高い方が強度維持に有効であるが,周波数が高くても負荷時間が短ければ強度は低下することなど,線維束の強度は負荷応力の周波数と負荷時間に依存することがわかった。
5 繰り返しひずみがマクロファージの泡沫化に及ぼす影響
周期的ひずみ作用下で細胞培養が可能な装置を製作し,これを用いて繰り返しひずみ負荷がマクロファージの泡沫化に及ぼず影響を調べたところ,繰り返しひずみはマクロファージの泡沫化を促進させることがわかった。

Research Products

• [Publications] 古川大輔 他4名: "繰り返し負荷を作用させた培養コラーゲン線維束の力学的特性に及ぼす時間と周波数の影響"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集(II). 239-240 (2000)
• [Publications] 中川真也 他2名: "繰り返しひずみがマクロファージの泡沫化に及ぼす影響"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集(II). 247-248 (2000)
• [Publications] 森本尚 他2名: "運動負荷停止に対する成熟ラット脛骨の反応"日本機械学会第11回バイオエンジニアリング学術講演会・秋期セミナー講演論文集. 155-156 (2000)
• [Publications] 栫井大地 他2名: "高血圧と低血流の同時発生に対する動脈壁の力学的適応"日本機械学会第11回バイオエンジニアリング学術講演会・秋期セミナー講演論文集. 73-74 (2000)
• [Publications] 北村嘉章 他4名: "膝蓋腱中央欠損部に形成される治癒組織の力学的特性"第27回日本臨床バイオメカニクス学会予稿集. 190 (2000)
• [Publications] 林紘三郎 他2名: "Mechanical properties of cells and collagen fiber"Proc.of 10th International Conference on Biomedical Engineering. 55-56 (2000)
• [Publications] 古川大輔 他4名: "Tensile properties of collagen fascicles cultured under cyclic stress-Effects of frequency and duration of stress-"Proc.of 10th International Conference on Biomedical Engineering. 85-86 (2000)
• [Publications] 中川真也 他2名: "Effect of cyclic strain on the ox-LDL uptake of peritoneal macrophages"Proc.of 10th International Conference on Biomedical Engineering. 93-94 (2000)
• [Publications] 栫井大地 他3名: "Biomechanical response of arterial wall to simultaneous blood pressure elevation and blood flow reduction in the rat"Proc.of 10th International Conference on Biomedical Engineering. 403-404 (2000)
• [Publications] 宮崎浩 他2名: "Atomic force microscopic measurement of the stiffness of vascular smooth muscle cells"Proc.of 10th International Conference on Biomedical Engineering. 425-426 (2000)
• [Publications] 森本尚 他2名: "Response of matured rat tibia to an activity change from running to sedentary state"Proc.of 10th International Conference on Biomedical Engineering. 491-492 (2000)
• [Publications] 栫井大地 他2名: "高血圧と血流変化の同時発生に対する動脈壁の力学的適応"日本機械学会第13回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 38-39 (2001)
• [Publications] 瀬来徹朗 他2名: "コラーゲン線維の力学的性質に及ぼすひずみ速度の影響"日本機械学会第13回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 54-55 (2001)
• [Publications] 杉本貴紀 他3名: "高血圧発症ラットへの動脈壁のリモデリングに及ぼす短期間の血流変化の影響"日本機械学会関西学生会平成12年度卒業研究発表講演会前刷集. (2001)
• [Publications] 梶野昌平 他3名: "静的負荷培養コラーゲン線維束の力学的特性に及ぼす負荷時間の影響"日本機械学会関西学生会平成12年度卒業研究発表講演会前刷集. (2001)
• [Publications] 廣孝文 他5名: "膝蓋腱欠損部に形成される治癒組織の力学的特性に及ぼす除荷の影響"日本機械学会関西学生会平成12年度卒業研究発表講演会前刷集. (2001)
• [Publications] 藤原泰介 他3名: "負荷減量後の負荷増大に対する成熟ラット大腿骨の反応"日本機械学会関西学生会平成12年度卒業研究発表講演会前刷集. (2001)
• [Publications] 田中淳三 他3名: "マクロファージの酸化LDL取り込みに及ぼす繰り返しひずみ負荷条件の影響"日本機械学会関西学生会平成12年度卒業研究発表講演会前刷集. (2001)
• [Publications] 松永大輔 他3名: "酸化LDLの取り込みがマクロファージのスティフネスに及ぼす影響"日本機械学会関西学生会平成12年度卒業研究発表講演会前刷集. (2001)