2017 Fiscal Year Research-status Report
Multidisciplinary basic studies on the shear stress related functional deterioration and damage phenomenon of erythrocytes and platelets
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17K01370
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡邉 宣夫 芝浦工業大学, システム理工学部, 准教授 (00568644)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | せん断応力 / 血液 / 赤血球 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究室で構築したせん断流れ環境下において血液細胞を撮影できる実験機構をオーストラリアの共同研究チーム一員のグリフィス大学医学部マイケル・シモンズ博士の研究室に設置し、申請者研究室の修士2年箱崎が主体となり、現地のメンバと連携し、せん断流れ環境における赤血球の損傷現象の定量化に向けた実験を順調に行い、データを蓄積できた。現在、せん断応力と暴露時間とを変数としたダメージ出現率を定量評価中である（学術論文投稿中、2018年9月ヨーロッパ人工臓器学会発表予定）。加えて、現地のシモンズ博士らとの共同研究の成果として、赤血球のＮＯ産生量とせん断刺激との相関性も実験的に調査する事に成功した（論文執筆中）。また、申請者研究室においては、現行せん断装置の課題である定点観察機構を観察点可動機構に改良し、より安定して細胞撮影が可能になる工夫を取り入れた装置の改良に取り組み、完成の目途がたったところである（2018年6月バイオレオロジー学会発表予定）。また、現行の装置に対しても、モータ制御機構を取り入れる事で、フレキシブルなせん断流れ発生が可能にするよう追加改良した。加えて、学術雑誌にせん断流れにおける赤血球の損傷プロセスの一例を論文投稿中である。5月末-6月頭、7月下旬、10月中旬、3月下旬に直接訪問し進捗状況把握と研究ディスカッションならびに、共同実験を実施した。このうち、10月中旬には申請者研究室より修士学生の井上と五十嵐を同行し、プリンス・チャールズ病院のジョンフレーザー教授と共同研究打ち合わせと同時に、2018年度の10ヶ月の研究留学について合意を得た。また2018年3月にも同行し、共同研究の一環でオーストラリアにて取り組む研究内容を具体化する事ができた。これらの成果もあり、引き続き、研究進展に伴う広がりを大切にしつつ、2018年度も共同研究を実施する事で合意している状況である。
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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
現行のせん断装置を2台複製する計画であったのに対して、現行の装置をフレキシブルに回転数制御を可能にするよう改良を施した。加えて、数ｍＬの体積の血液サンプルに対して変動せん断を発生させられる装置を新たに構築できた。更に、現行のせん断発生装置の課題であった定点観察機構については、観察点可動機構を有するように新しい装置を新たに構築できた。加えて、具体的な成果として既に2017年度に行った共同研究成果として、せん断に起因したアブノーマル形状の出現現象を修士学生の箱崎がまとめている段階である。更なる成果として、マイケル・シモンズ博士研究室の博士学生であったジャロッド君と共に我々のせん断装置で発生したせん断環境において赤血球がＮＯ産生応答する様が、入力するせん断応力の大きさと暴露時間に影響して増大する傾向がある事が明らかとなり共同研究成果として論文投稿直前の段階である。一方で、プリンス・チャールズ病院の研究室で計画していた血小板膜タンパクのせん断刺激に対する応答性を検証する実験については、顕微鏡使用環境に課題があったため、計画がずれ込んでおり、まだ開始できていない状況である。次年度の共同研究計画については、昨年10月と3月の訪問機会を利用して、申請者研究室の2人の修士学生井上と五十嵐と共にオーストラリアの共同研究者を訪問し、更なる共同研究の必要性を認識し、2019年度の10ヶ月程の共同研究留学に関して先方より受け入れ承諾を頂く事ができ、引き続き2019年度の共同研究計画を具体的に進める事ができた。以上の内容を振り返ると、一部予定とは若干異なる進捗ではあったが、このように十分な成果と具体的な更なる共同研究計画が既にできあがっているため、申請者の研究は、計画通りおおむね順調に進んでいる物と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請者の研究室にて構築した2種類のせん断発生装置は共に回転制御可能に改良したばかりである。この1台は数mLの液体にせん断を負荷可能な装置だが流れの可視化はできない。もう1台はせん断流れにおける細胞の観察が可能であるが0.1mLのサンプル量であり、更なる検査には不向きである。それぞれのデバイスの長所を活かし、2018年度の共同研究に利用する。申請者研究室所属の修士2年生井上と五十嵐が2018年度5月末より10ヶ月の研究留学し、まずは、ゴールドコーストのグリフィス大学工学部ジェフ・タンスレー教授研究室から共同研究活動を開始する。具体的な内容としては、タンスレー教授の研究室メンバと協力し流れの可視化法や数値流体解析法を用いて、申請者の２つのせん断装置の妥当性評価を行う。この妥当性評価には1-2ヶ月を想定している。その後、プリンス・チャールズ病院からクリス・チャン博士らが合流し、血小板と血漿タンパクのせん断刺激に対する損傷評価実験を実施する。主な検証対象の血漿タンパクはフォン・ビルブランド・ファクターである。実験におけるせん断条件は、せん断の大きさ、変動せん断応力の振幅、周波数（振動回数）をパラメタとしてせん断条件を設定する。各条件でせん断応力を負荷した後で、流れの可視化実験により、血小板凝集の発達度合いを検証する事で、血小板および血漿タンパクのせん断刺激に対する損傷度を検証する。年度の終盤は、ゴールドコースト・グリフィス大学医学部マイケル・シモンズ博士研究室にて、赤血球のせん断刺激による損傷現象について明らかにする予定である。具体的な方法としては、申請者のせん断負荷、せん断下における可視化実験に加えて、臨床の凝集測定装置（アグリゴメータ）やエクタサイトメータという赤血球変形能評価装置を用いて検証する予定である。申請者は３－４ヶ月毎に直接現地に1週間程合流し、共同研究を実施する。
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| Causes of Carryover |
研究成果の論文投稿費用を支出するために別途使用せずに保管していました。現在、論文投稿中でして、その査読審査の結果として正式に受理された場合に、投稿費用として当初の予定通り、論文投稿費に捻出させて頂きたいです。何卒ご理解いただけます様、宜しくお願い申し上げます。
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