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2004 Fiscal Year Annual Research Report

骨系細胞のナノ・ミクロ力学構造システムのバイオメカニクス

Research Project

Project/Area Number 15086211
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

安達 泰治  京都大学, 工学研究科, 助教授 (40243323)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 北条 正樹  京都大学, 工学研究科, 教授 (70252492)
Keywords細胞バイオメカニクス / マイクロ・ナノバイオメカニクス / 細胞骨格 / 力学的適応 / 骨 / 骨芽細胞
Research Abstract

骨系細胞の様々な活動は,生化学因子のみならず,力学的因子によっても調整されていると考えられており,細胞の力学刺激感知機構を詳細に解明することが,細胞活動における力学因子の役割を明らかにする上で重要である.力学刺激に対する細胞応答の一つとして,細胞内カルシウムイオンの濃度上昇が知られている.この応答に対して,細胞を構成する細胞骨格や膜などの各構造要素が寄与すると考えられている.そこで,本研究では,細胞膜に生じる変形量(ひずみ)に着目した.また,骨格タンパク質や膜の粘弾性特性に着目し,カルシウム応答の発生時に細胞に与えられるひずみ,および,その速度との関連について検討した.
細胞膜と細胞内カルシウムイオンを同時に蛍光標識した骨芽細胞に対して,マイクロニードルを直接押し込むことにより刺激を与え,細胞膜の変形量および細胞内カルシウムイオンの濃度変化を同時に観察する実験系を構築した.また,細胞膜の変形量を評価するために,画像相関法を用いて膜の面積ひずみを定義し,カルシウム応答を誘起する細胞膜の変形量を評価した.
まず,細胞に対するマイクロニードルの据え付け方と移動方向を変えることにより,異なる方法で力学刺激を与えた.その結果,カルシウム応答の発生において,細胞膜に生じたひずみの値は,ほぼ同一であることが確認された.この結果から,細胞のカルシウム応答の発生は,細胞膜の変形量に依存し,その大きさに閾値が存在する可能性が示唆された.
次に,マイクロニードルの変形速度を制御して刺激を与えた.その結果,ニードルの変位速度が大きくなるに従い,カルシウム応答の発生までに生じる細胞膜のひずみが小さくなることが確認された.この結果から,細胞のカルシウム応答は,細胞に与えられる変形速度に関係する可能性が示唆された.

  • Research Products

    (7 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (6 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] 細胞接着マイクロパターニングとアクチン細胞骨格の配向制御:原子ビームを用いた基板表面改質の試み2004

    • Author(s)
      安達泰治, 河東万智子, 佐藤克也, 田川雅人
    • Journal Title

      日本結晶成長学会誌 31・1

      Pages: 78-82

  • [Journal Article] Changes in the Fabric and Compliance Tensors of Cancellous Bone due to Trabecular Surface Remodeling. Predicted by a Digital Image-Based Model2004

    • Author(s)
      Ken-ichi Tsubota, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 7・4

      Pages: 187-192

  • [Journal Article] 骨再生シミュレーションを用いたポーラススカフォールドの設計手法の提案2004

    • Author(s)
      安達泰治, 河野雄二, 冨由佳宏
    • Journal Title

      日本機械学会論文集 704A・697

      Pages: 1201-1207

  • [Journal Article] ラット海綿骨の欠損モデルの作成と再生骨の力学特性評価2004

    • Author(s)
      安達泰治, 西海征志, 冨田佳宏
    • Journal Title

      日本臨床バイオメカニクス学会誌 25

      Pages: 25-29

  • [Journal Article] Spatial and temporal regulation of cancellous bone structure : Characterization of a rate equation of trabecular surface remodeling

    • Author(s)
      Ken-ichi Tsubota, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Journal of Medical Engineering & Physics (印刷中)

  • [Journal Article] Quantitative evaluation of threshold fiber strain that induces reorganization of cytoskeletal actin fiber structure in osteoblastic cells

    • Author(s)
      Katsuya Sato, Taiji Adachi, Mamoru Matsuo, Yoshihiro Tomita
    • Journal Title

      Journal of Biomechanics (印刷中)

  • [Book] Biomechanics at Micro- and Nanoscale Levels, Vol.12005

    • Author(s)
      Taiji Adachi(分担執筆)
    • Total Pages
      188
    • Publisher
      World Scientific

URL: 

Published: 2006-07-12   Modified: 2016-04-21  

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