2015 Fiscal Year Research-status Report
内部構造および力学的性状の異なる血栓はどうして形成されるのか
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15K12510
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
和田 成生 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (70240546)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊井 仁志 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50513016)
越山 顕一朗 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (80467513)
新岡 宏彦 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (70552074)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 血栓 / 内部構造 / フィブリン / 血小板 / 赤血球 / 電子顕微鏡 / 蛍光顕微鏡 / マルチスケール観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
異なる駆動圧力条件を用いたin vivo実験による血栓サンプルに対し，様々なスケールにおける観察アプローチにより血栓内部構造を調べた．まず，フィブリノーゲンおよび血小板を蛍光染色し作成された血栓サンプルに対し，共焦点顕微鏡および二光子顕微鏡を用いて蛍光画像を取得し，数十マイクロ～数ミリメートルスケールでのフィブリンと血小板の空間分布を調査した．その結果，数マイクロ～数十マイクロメートルに渡り，フィブリン線維束が網目構造を有することを確認した．さらに，異なる駆動圧力条件により得られた血栓サンプルを比較したところ，流れがほぼおきない駆動圧力条件において，フィブリン線維束はランダムに配向しているのに対し，静脈相当の流れが駆動される圧力条件においては，フィブリン線維束が流れ方向に配向している様子が確認された．また，血小板の蛍光画像と比べたところ，両条件において，底面における網目構造の起点に血小板群が存在していることを確認した．これらより，血栓形成時の血流速度がフィブリン線維束の網目構造の配向性に影響を与えることを明らかにし，また底面における網目構造の起点と接着血小板との間に関連があることを示した．これに加え，透過型電子顕微鏡，イオンビーム集束型電子顕微鏡，超高圧電子顕微鏡を用いて，数十ナノ～数マイクロメートルスケールにおける血栓内部構造を観察し，フィブリン線維，赤血球および血小板の空間分布を調査した．その結果，(1)ナノメートルスケールのフィブリン線維が集まりマイクロスケールのフィブリン線維束を形成していること，(2)フィブリン線維束に赤血球が多く捕獲されていること，(3)フィブリン線維束の一部にマイクロパーティクル（膜小胞体）と思われる粒状物質が捕獲されていること，を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，異なる流速において形成されたin vitro実験系の血栓サンプルの観察を行い，流速が血栓の内部構造，特にフィブリン線維およびフィブリン線維束に影響を与えることを確認した．この際，電子顕微鏡と蛍光顕微鏡による観察により，様々なスケールにおける三次元情報を取得することが可能となり，多角的な視点で血栓内部構造の違いを検討できるようになった．得られた画像からの特徴点抽出に関しては，離散フーリエ変換によるアルゴリズムを独自で開発することで，三次元空間でのフィブリン線維束の配向性を評価することが可能となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
取得した画像データに対し三次元構築手法を適用し，内部構造の空間的な再現を試みる．これらに対し，特徴量およびその空間分布を明らかにし，数理モデル構築に向けた基本データの標準化を行う．また，必要に応じてサンプル数を増やし，統計的な信頼性を高める．得られた特徴量の標準データを用いて，フィブリン線維束と赤血球を含んだ血栓内部構造を数理モデルにより再現する．さらに，これらの内部構造モデルに対して力学シミュレーションを行い，内部構造と力学的性状の関連を明らかにしていく．マクロ場での血流・生化学反応連成シミュレーションに対し，上記より得られた力学的性状を反映させることで，血流場および血栓の力学的性質の関連を明らかにし，血流場の違いにより内部構造および力学的性状の異なる血栓が形成されるメカニズムを解明していく．
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| Causes of Carryover |
今年度は血栓内部構造の観察に様々なアプローチを用いたため，電子顕微鏡などの施設・装置利用に費用がかかった．これにより，当初の計画にあった計算サーバにかかる費用を次年度に繰り越したため，見込み額と執行額が異なった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究計画に支障はなく，前年度の研究費も含め，当初予定通りの計画を進めていく．
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