| Research Abstract |
本研究では,細胞を知的構造システムとして捉えて,細胞がセンサ,コントローラ,アクチュエータを有すると考え,機械的刺激が骨芽細胞に入力された場合の適応的応答を実験的に検証し,その動的モデルを構築することを目的とする.さらに,その結果を用いて,骨形成に効果的な機械的刺激の振動数,振幅を特定する.
まず,機械的振動を入力した場合の細胞の応答を検証するために,十分な剛性を有する培養プレートに骨芽細胞を播種し,これを加振器に取り付け,培養面に対して垂直方向に正弦波加振することで細胞に慣性力による機械的振動を与えながら細胞培養を行った.
細胞増殖に関しては,振幅0.5Gで一定とし,振動数12.5〜1000Hzとして実験を行った結果,振動数が低いほど細胞増殖が亢進され,12.5Hzでは非振動群の約2倍となることを示した.また,振動数を25Hzで一定とし,振幅を0.125〜0.5Gとして実験を行った結果,振幅が大きいほど細胞増殖が亢進されることを示した.
骨形成能の指標であるアルカリフォスファターゼ活性に関しては,振幅0.5Gで一定とし,振動数12.5〜1000Hzとして実験を行った結果,50Hzに極大値が存在し,非振動群の約4.5倍となることを示した.また,振動数を50Hzで一定とし,振幅を0.125〜0.5Gとして実験を行った結果,振幅が大きいほど骨形成が亢進されることを示した.
次に,細胞の動的モデル構築のために,細胞接着という支持条件のもとで細胞全体の動的粘弾性試験を行った.マイクロピペットの先端に試料を付着させて引っ張った際のピペットのたわみから微小な張力を求めた.その結果,ばね要素と粘性減衰要素からなる3要素モデルでその特性をモデル化した.また,細胞を含む溶媒の濃度を数種類用意し,細胞が沈殿するか否かで細胞のおおよその密度を推定し,細胞全体の質量を算定した
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