2020 Fiscal Year Annual Research Report
肺リモデリングメカニズムの解明に向けた気道末梢部位の力学環境と細胞力学応答解析
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19H04444
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
世良 俊博 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40373526)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 学 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20292667)
工藤 奨 九州大学, 工学研究院, 教授 (70306926)
越山 顕一朗 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (80467513)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 呼吸器バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度取得した健常・肺洗浄マウスの動態イメージング画像を用いて動態解析を行うために非剛体レジストレーションプログラムを作成している。細胞機能として肺胞上皮細胞内肺サーファクタント輸送に注目し、リモデリング時の機能変化を調べた。昨年度は過剰伸展刺激によるリモデリング時の細胞骨格量と小胞量との関係を調べた。今年度はリモデリング時の小胞輸送に着目した。そのために、細胞質に取り込ませたマイクロビーズのブラウン運動を解析することにより小胞のアクティブトランスポートを評価する実験系の確立を行った。さらに、細胞骨格の重合・脱重合によってマイクロビーズのブラン運動が変化することが分かった。また、肺胞－血管間の物質透過に対するリモデリングの影響を調べるために、肺胞上皮細胞と血管内皮細胞の共培養も試みている。今年度は基底膜としてコラーゲンビトリゲルの可能性を検討した。厚さが約50ミクロン、繊維構造も有していることから、共培養が成功すれば物質透過の評価も行えると考えている。流体解析は、SPring8放射光CTで得られた肺胞の実変形および動態解析データを用いて数値計算を行った。昨年度は健常マウスの小規模（肺胞が数個）な実形状・実変形を再現した流体シミュレーションを行ったので、今年度は肺細葉スケールの大規模シミュレーションに向けて調整を行っている。構造解析では、SPring8放射光CTで得られた肺胞の形状データを用いて、呼吸による伸展負荷時の肺胞の力学場をシミュレーションした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
肺疾患の動態解析に関しては非剛体レジストレーションプログラムを作成している段階である。プログラムはヨーロッパの研究者と共同開発を行っているので、やや遅れている。細胞実験では、小胞輸送に関する実験系の確立はできたが、肺胞上皮細胞と血管内皮細胞の共培養の完成には至っていない。特に基底膜として今までは多孔質薄膜を用いてたが成功率が低かったので、本年度新たにコラーゲンビトリゲルに着目し、その作成方法の最適化を行った。目標としていた膜厚や繊維構造は確認できたので、今後共培養を試みる。流体解析・構造解析に関しては、共同研究者とともに研究を進めており、おおむね順調にしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
非剛体レジストレーションを用いて健常時と肺サーファクタント欠乏時の動態解析を行い、肺疾患時の動態変化を調べる。細胞機能として肺胞上皮細胞内肺サーファクタント輸送に注目し、共同研究者の工藤とともにリモデリング時の機能変化を調べる。サーファクタントを輸送する小胞に注目して実験を行っており、昨年度は細胞質に取り込ませたマイクロビーズのブラウン運動を解析することにより小胞のアクティブトランスポートを評価する実験系の確立を行った。本年度はリモデリングによるアクティブトランスポートの変化を調べる。また、本年度は、肺-血管間の物質透過に対するリモデリングの影響を検討する。昨年度共培養の際に使用する基底膜としてコラーゲンビトリゲルの可能性を検討したので、本年度は実際に肺胞上皮細胞と血管内皮細胞の共培養を試み、リモデリングによる物質透過の変化を調べる。流体解析は、SPring8放射光CTで得られる肺胞の実変形および動態解析データを用いて共同研究者の田中とともに数値計算を行う。すでに実形状・実変形を用いた気流シミュレーションおよび粒子輸送シミュレーションに取り組んでおり、本年度は肺胞が複数ある肺細葉スケールでの計算を実施する。構造解析では、SPring8放射光CTで得られた肺胞の形状データと動態解析データを用いて、呼吸による伸展負荷時の肺胞の力学場を共同研究者の越山とともに解析する。本年度は、健常時の動的な変形解析手法を確立し応力状態を明らかにする。
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