Elucidation on mechanical interaction between red blood cells and endothelial glycocalyx by multi-scale flow analysis

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K20659
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: University of Miyazaki (2021-2023); Tohoku University (2019-2020)
• Principal Investigator: MIYAUCHI Suguru 宮崎大学, 工学部, 准教授 (00758691)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 赤血球 / 血管内皮 / 数値シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to elucidate the mechanical interaction between red blood cells and glycocalyx on the vascular endothelium as a fundamental study on the mechanism of initiation and progression of cardiovascular diseases. Fluid-membrane interaction analysis on a continuum scale revealed the deformed shape of red blood cells moving near the wall and the surrounding flow field. Molecular dynamics analysis revealed the distribution of the the water molecules between the vascular endothelium and red blood cell membranes moving on it.

Free Research Field

生体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

グリコカリックスのサイズはナノメートルオーダーであるのに対して赤血球流動のスケールはマイクロメートルオーダーであるため、赤血球と血管内皮の相互作用はほとんど分かっていない。本研究はそれらの相互作用を連続体スケールの数値シミュレーションと分子動力学解析によって解明を試みたものである。グリコカリックスの損傷は循環器系疾患の発症に関連するため、その損傷プロセスを明らかにすることは循環器系疾患のメカニズム解明につながると期待できる。