2020 Fiscal Year Research-status Report
バイオメカニクスモデリングに基づく腎機能と慢性腎不全機序の理解
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20K04281
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
坪田 健一 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (10344045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅原 路子 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30323041)
中田 敏是 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (80793190)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / レオロジー / 微小循環 / 腎臓 / 計算機シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，力学量の時空間的な分布に着目し，連続体力学と流体力学を駆使したバイオメカニクスモデリングを通じて，腎臓の生理的な機能と病変機構の一端を明らかにすることを目的としている．本年度は，以下の点について研究を進めた．(1) 血管分岐の単純モデルの採用 腎臓の特徴的な血管構造を定量的に捉えるために，近接する２世代の血管に対して，分岐構造の単純モデルを採用した．このモデルについて，流体力学解析を用いて，流量分布と圧力分布の基本的特性を明らかにした．(2) 血管網の形状モデリング 腎動静脈(~cm)から糸球体および毛細血管(~micron)に至る血管網形状に対して，実測データと(1)の単純２分岐モデルを用いて，管網形状モデルを作製した．単純モデルを用いているため，血管網形状をモデルパラメタ（たとえば血管分岐数）を用いて自在に調整できるのが利点である．(3) 腎臓内血流の解析 (2)の血管網モデルを用いた流体力学解析を行い，管路網構造に応じた流量および圧力が，従来計測されてきた腎臓の特徴的な流体力学量を首尾よく表現することを確認した．すなわち，腎臓内の血流が血管網構造に支配されている様子を確認した．この際，動脈側の構造が与える影響が主要であり，毛細血管系や静脈系の管網構造の影響は，比較的小さいことが分かった．(4) 血球バイオメカニクスに基づく微小管路網内レオロジーの解析 項目(2)の形状モデルの一部を用いた力学計算によって，赤血球の変形運動が管路網内のレオロジー特性に与える影響の一端を調べた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
腎臓の血管形状およびそれに応じた血流挙動のモデリングが順調に進んでいる．これにより，腎臓内の血流の力学的な理解が予定通りに進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
計算機シミュレーションを活用することで，腎臓内部の力学料の詳細な分布を得て，その振る舞いの理解を進める．また，力学料に基づく生理学的な応答についても，明らかにしていく．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は，旅費が使用できなかったこと，実験作業が一部実行できなかったこと，および計算機関係の部品が品不足で一部購入できなかったこと，の３点である．いずれもコロナ禍の影響による．今年度は，コロナ禍の影響を比較的受けにくい計算機シミュレーションを用いた研究に重点を置く．このため，今年度の使用計画については，１３０万円程を計算機シミュレーション用のワークステーションおよびその維持・増強用部品の購入費に充てる予定である．残りの３０万円程は論文投稿用の英文校閲費や学会参加登録費に充てる予定である．
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