再生軟骨組織発達における輸送現象と物理刺激応答のモデリング

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19360087
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 渡部 正夫 Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 准教授 (30274484)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 澤江 義則 九州大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (10284530)
• Keywords: 再生医療 / 軟骨細胞 / 輸送現象 / 拡散 / 可視化 / モデリング

Research Abstract

再生軟骨組織発達における輸送現象の可視化および定量化を行い,得られた実験データを基礎として物理刺激応答のモデリングを行うことを,本課題の目的としている.今年度は,移流は圧縮と除荷による水のPumping Mechanismによる流れに着目し,再生軟骨担体ゲル内での移流・拡散現象を,蛍光試薬と共焦点レーザー顕微鏡を用いて可視化し,定量評価を行った.前年度作成した,再生軟骨組織培養プロトコルを用いて,再生軟骨担体ゲルとして4%Agarose(TypeVII)を用いた.トレーサーとして蛍光Dextranは3kDa(-)を用い,浸漬した試験片に圧縮荷重を加えて,試験片端面から外部に蛍光Dextranが流れる様子を観察した.Pumping Mechanismを定量的に評価するために,(1)見かけの拡散係数と(2)輝度総量を用いたふたつの評価方法を開発した.(1)は試験片内での拡散方程式とPBS領域での拡散方程式を連立することで試験片内の拡散方程式の解として求め,Fittingを用いて取得画像から得られた輝度分布より見かけの拡散係数を算出した.(2)は得られた輝度分布データを用い,試験片内部を積分区間として積分することで,ある所定の時刻の輝度総量を求めた.求めた輝度総量を0sでの輝度総量から引くことにより流出量の時間変化を算出した.
自然拡散実験,移流拡散実験ともに時間経過に従い見かけの拡散係数が減少に傾向にあり,低速圧縮時より高速圧縮時の方が見かけの拡散係数は大きいことを確認した.また,試験片への流出と流入の時間変化の傾向は同等であり,時間経過とともに,自然拡散による流出量が移流拡散による流出量を上回り,圧縮により,試験片外部により多くの蛍光Dextranを流出させることができること示し,圧縮により発生する移流現象が拡散現象へ及ぼす影響を明らかにした.