2016 Fiscal Year Research-status Report
力学環境に依存した骨細胞の力学刺激感知・情報伝達特性の解明
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16K17980
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
亀尾 佳貴 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 助教 (60611431)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 骨細胞 / 骨リモデリング / 骨小腔―骨細管系 / 力学刺激感知 / バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，骨細胞の単離培養技術を基盤とした力学的負荷実験と，計算機シミュレーションによる力学解析とを相補的に活用することにより，力学環境に依存した骨細胞の力学刺激感知・情報伝達特性を明らかにすることを目指している．本年度は，マウス骨細胞の単離培養技術を確立し，力学環境の異なる骨組織中に存在する骨細胞の形態比較を行った．また，計算機シミュレーションを援用し，骨梁内の骨小腔―骨細管構造の違いが，間質液流れによるシグナル分子輸送に及ぼす影響を検討した．以下に，本年度中の主な研究実施内容と，得られた成果をまとめる．
１．マウス頭蓋冠・長管骨における骨細胞の形態比較
生体内でほとんど力の影響を受けない頭蓋冠と，日常的に力学的負荷を受ける長管骨とでは，内部の骨細胞の力学環境が大きく異なる．そこで，マウスの頭蓋冠と長管骨から骨細胞を単離し，それらの細胞形態を比較した．その結果，長管骨内の骨細胞は，頭蓋冠内の骨細胞に比べ，細胞全体に占める細胞突起の体積分率が大きく，分岐した多数の細胞突起を有することが明らかとなった．
２．間質液流れによるシグナル分子移流拡散シミュレーション
骨梁内部の骨細胞から産生されたシグナル分子は，間質液流れを介して破骨細胞や骨芽細胞に伝達され，骨リモデリングが調節される．そこで，骨梁を多孔質弾性体としてモデル化し，間質液の流路である骨小腔―骨細管構造の違いがシグナル分子の移流拡散に及ぼす影響を有限要素シミュレーションにより解析した．その結果，骨小腔―骨細管系の間隙率の増加により，シグナル分子の拡散が促進されることが示された．
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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
本研究計画において核となるマウス骨細胞の単離培養技術を確立するとともに，間質液流れを介した骨細胞からのシグナル分子産生とその輸送を解析するためのシミュレーション基盤を構築することができた．よって，本研究はおおむね順調に進展しているものと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
力学環境の異なる骨組織中における骨小腔―骨細管形態をモデル化し，シミュレーションにより，間質液の流速と流れにともなう骨細胞の変形を解析する．また，本結果に基づき，各骨組織から単離した骨細胞に対して制御した局所力学的負荷を与え，その力学刺激感知特性の相違を定量的に評価するとともに，単離骨細胞の３次元培養実験系を確立する．
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| Causes of Carryover |
本年度のシミュレーション研究では，主に新たな数理モデルの構築とその基礎的な振舞いの検証を行ったため，計算規模が比較的小さく，現有の計算機を使用することができた．そのため，物品費として計上していたワークステーション分に相当する繰越金が発生した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の研究計画では，計算の大規模化が必須となるため，大容量データを一括かつ高速にハンドリングするための高性能ワークステーションを購入する．
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Research Products
(5 results)
