2019 Fiscal Year Annual Research Report
Shape optimization of Thermal-Fluids Systems by Learning from Vascular Network Remodeling
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17H03170
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 洋介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (30396783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松永 行子 (津田行子) 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (00533663)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 毛細血管網 / ネットワーク最適化 / プルーニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウス網膜の毛細血管網の形成過程に着目し、血管内皮細胞とその足場となるコラーゲンType4の蛍光画像から、プルーニング前後の毛細血管網構造を抽出するための技術を確立した。これにより、ある時間の毛細血管網の構造のみならず、プルーニングが生じる数時間前の構造を再現し、プルーニング前後における血流分布の違いを解析することが可能となった。多数のサンプルの解析を行った結果、プルーニングによって抹消部の血管へ流れる血流量が統計的に増加する傾向があることを明らかにした。通常、毛細血管が密になることにより、その部位の血流量が増加すると考えられてきたが、今回得られた結果は、それとは逆で、必ずしも血管網が密にすると血流による輸送効果が単調に高まるのではなく、むしろ不要な血管網を縮退（プルーニング）させることにより、輸送性能に最適な毛細血管網が実現できることを示唆している。
実際に、プルーニングが異常化するノックアウトマウスを利用した実験を行った結果、血管網が密になる程、抹消領域での虚血が増進される傾向が確認されており、この結果は上記のシミュレーション結果と一致する。
更に、プルーニング前後の血流解析を行うことにより、プルーニングと血行力学因子の関係を調査した。その結果、血流の入口の動脈に違い部分と、抹消部において、プルーニングと局所のせん断応力の間に異なる関係性があることを見出した。過去の研究事例では、主にせん断応力の弱い血管が縮退すると考えられてきたが、場所によってはせん断応力が大きい血管が縮退することがあり、これが抹消部分の血流変化に大きな影響を与えることを明らかにした。これらの結果を受けて、局所の力学因子に応じて、確率的にプルーニングが生じるモデルを構築し、これを用いて、高い輸送特性を持つ流路ネットワークの新しい設計指針を得た。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Transcriptomic Analysis of Breast Cancer Stem Cells and Development of a pALDH1A1:mNeptune Reporter System for Live Tracking2019
Author(s)
N. Bidan, J. Bailleul-Dubois, J. Duval, M. Winter, M. Denoulet, K. Hannebicque, IY El-Sayed, C. Ginestier, V. Forissier, Y.T. Matsunaga, S. Meignan, F. Anquez, S. Julien, A. Bonnefond, M. Derhourhi, X.L., Bourhis, C. Lagadec
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Journal Title
Proteomics
Volume: 19
Pages: e1800454
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Comparison of Multi-scale Models for Blood Flow in Zebrafish Brain2019
Author(s)
Yin, M., Zheng, X., Blumers, A., Nakakura, M., Nakajima, H., Hasegawa, Y., Karniadakis, G.
Organizer
72nd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Numerical study on Hemodynamics of brain vasculature in eartly ebrafish life2019
Author(s)
Yin, M., Zheng, X., Blumers, A., Nakakura, M., Nakajima, H., Hasegawa, Y., Karniadakis, G.
Organizer
Biomedical Engineering Society 2019 (BMES2019)
Int'l Joint Research
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