2021 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 |
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。そこで我々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細胞質流動を評価した。伸展刺激により細胞リモデリングを引き起こし細胞質流動の変化を調べたところ、10%ひずみを2時間負荷すると細胞質流動が上昇するのに対し、20%ひずみを2時間負荷すると低下することが分かった。この結果は過度な伸展刺激は細胞質輸送を妨げることを示唆している。また、リモデリングによる肺-血管間の物質透過変化を評価するために、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を用いて共培養を試みた。この共培養に対して伸展刺激を負荷できるデバイスを作成している。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、肺胞が複数ある肺細葉スケールでの計算を実施した。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実施し、健常時の動的な変形解析手法を確立した。
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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、リモデリング時の細胞骨格変化と小胞輸送変化に関する実験は終了し、また共培養の基底膜としてコラーゲンビトリゲルを使用して肺胞上皮細胞と血管内皮細胞の共培養は完成したが、まだ伸展刺激を負荷することができてない。伸展刺激デバイスでの共培養方法を検討する必要がある。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。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、本年度は実際に共培養を試みさらに伸展刺激を負荷し、リモデリングによる物質透過変化や蛍光イメージングによる構造変化を調べる。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継続して実施する。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継続して解析する。特に今年度は、流体解析と構造解析を組み合わせた流体構造連成つについても取り組む。
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