2005 Fiscal Year Annual Research Report
軟骨組織のマイクロ・ナノ構造における軟骨細胞・周囲組織のメカニクス解明
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15086212
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
村上 輝夫 九州大学, 大学院工学研究院, 教授 (90091347)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澤江 義則 九州大学, 大学院工学研究院, 助教授 (10284530)
中嶋 和弘 九州大学, 大学院工学研究院, 助手 (70315109)
坂井 伸朗 九州大学, 大学院工学研究院, 助手 (60346814)
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| Keywords | 関節軟骨 / マイクロ・ナノバイオメカニクス / 軟骨細胞 / 細胞外マトリックス / 力学刺激 |
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| Research Abstract |
変形性関節症等の発症の事前防止策の提案や再生軟骨の機能向上をめざして,軟骨細胞と細胞外マトリックスの相互関係に着目しながら軟骨組織としてのマクロレベルの解析と細胞を対象としたミクロレベルの解析とを対照実験とともに並行的に実施した.走査型共焦点レーザ顕微鏡蛍光計測により軟骨内部の軟骨細胞の3次元形態と細胞骨格を観察した.とくに,最表層部では,細胞は偏平な形態を有すること,細胞の体積割合が大きいことを確認できた.
また,サブミクロンオーダの位置精度と歩行周期レベルの高速荷重パターンを再現しうる共焦点レーザ顕微鏡据付型マイクロ力学試験機を用いて,生体内のダイナミックな力学環境を再現しながら,応力のひずみ速度依存性や経時的ひずみ挙動の観察を行った.固液二相性理論に基づく有限要素解析を行い,とくに負荷後の軟骨内部液体の流動にともなう応力・ひずみ状態の経時的変化に着目した数値解析により,表面の摩擦と透過性に関する境界条件が大きい影響を有することを示した.平衡状態の局所ひずみから平衡弾性率の非均一性を推定し,有限要素解析の物性値として与えることにより実験における試験片の変形挙動との対応を得ることができた。
単離した軟骨細胞に対してピペット吸引試験を行い,力学的刺激に対する細胞骨格のマイクロフィラメントにおける応答を評価した.
また,軟骨細胞を3次元培養したアガロースゲル内に歩行時の下肢関節軟骨内部と同様の力学環境を再現し,周期的圧縮荷重負荷の力学刺激を与えた培養実験では,特定の細胞濃度条件下で剛性の向上と細胞外マトリックスの産生増加を分析により確認できた.
本研究では,関節軟骨の比較対照試験として,高含水性人工軟骨PVA(ポリビニルアルコール)ハイドロゲルの摩擦・摩耗への表面膜の影響を評価した.
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