Elucidation of blood cell's response to constant and fluctuating shear stresses

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K12609
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: Watanabe Nobuo 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (00568644)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福井 浩二 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (80399807)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 赤血球変形能 / せん断脆弱性 / 血小板活性 / 血液損傷 / せん断応力 / 流れの可視化 / 一様せん断流れ / 変動せん断流れ

Outline of Final Research Achievements

In order to understand blood damage induced by high shear stress, applicants applied his original shear device into international collaborative projects. Morphological abnormalities increased under the condition with high shear stress of 60Pa over 100 seconds exposure time. And image analysis method to detect damaged erythrocyte was successfully proposed (Sci Rep). Blood shear experiments showed correlation among multiple damage parameters, such as von Willebrand factor, platelet activation, and hemolysis (J.Biomech.), and also slight correlation between hemolysis and platelet aggregation(J.Biorheol). Addionally, sinusoidal shear stress generator was successfully developed, and it revealed cyclic deformation change under sinusoidal shear stress (AIP Advances).

Free Research Field

バイオレオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は一様・変動せん断応力下における赤血球単体の変形能およびせん断脆弱性について例示する事ができた。さらに、多数の健常者赤血球の流動変形応答性を検証する事、またそれと対比する事で赤血球変形能低下を伴う病的疾患の診断方法開発へ応用できる可能性が期待される。また、細胞加齢にともなう細胞変形応答性の詳細把握は、赤血球の生理学を前進させる知見につながる可能性がある。さらに、せん断応力の長時間の負荷に対する脆弱性評価も今後可能になり、血液ポンプなどの機械式血液循環装置の血液適合性や、患者血液毎にその赤血球の変形能やせん断脆弱性を考慮したデバイス選定や治療方針をたてる事が可能になる事が期待される。