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2009 Fiscal Year Annual Research Report

高温・温熱ストレスによる細胞の損傷・死滅様式の特性およびその現象論的数学モデル

Research Project

Project/Area Number 21360098
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

石黒 博  Kyushu Institute of Technology, 大学院・生命体工学研究科, 教授 (30176177)

Keywords高温ストレス / 温熱ストレス / 細胞損傷・死滅 / 死滅モード / 数学的モデル化 / 反応速度論的モデル / モデル定数 / 温度依存性
Research Abstract

生体熱工学の医療応用(温熱療法、熱凝固療法、凍結手術、凍結形成術、凍結保存、乾燥保存)では、細胞や組織は、ストレス(高温、低温、凍結、化学物質、乾燥など)により損傷を受け死滅する。本研究課題では、各種ストレスによる細胞損傷・死滅の数学モデルの構築を目指す体系的研究の一環として、温熱ストレス(約42~45℃)と高温ストレス(45℃以上)を取り上げ、損傷・死滅様式の特性の実験的解明とその現象論的な数学的モデル化を行う。
本年度は、研究代表者が高張電解質水溶液ストレスによる細胞損傷に対して提案・構築してきた反応速度論的定式化による数学モデルをベースに、死滅様式を考慮した細胞の損傷・死滅特性を記述できる数学的モデル化を行った。
1. 一定温度(定常温度ストレス)に曝された細胞の損傷・死滅に対して、生存率の実験結果(引用データ)の現象論的検討に基づいて、反応速度論的定式化によるモデル化(4つのモデル)、および、モデル定数である細胞損傷・死滅の速度定数の決定を行うと共に、その温度依存性を求め、モデルの特性を解明した。
2. 温度ストレスの利用の立場から、1.の結果を非定常温度変化(非定常温度ストレス)に対して、適用・展開し、細胞の損傷・死滅特性を解明した。
3. 生体組織を外表面から非定常熱伝導により加熱した場合、2.の数学モデルを用い、組織内の非定常温度分布に起因する非定常温度ストレスによる組織細胞の損傷・死滅の時間進行を予測し、その特性を解明した。
4. ストレスによる2つの異なる死滅モード(ネクローシスとアポトーシス)が共存する、比較的温度が低い温熱ストレスの場合の細胞の損傷・死滅に関して、反応速度論的定式化に基づいた数学モデルの提案を行い、その解析解を求めた。さらに、各状態の細胞数分率の時間依存性や損傷・死滅の速度定数依存性などのモデル特性を解明した。

  • Research Products

    (4 results)

All 2009

All Journal Article (3 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] 温熱ストレスによる細胞損傷・死滅の反応速度論的定式化に基づく数学モデルとその特性2009

    • Author(s)
      石黒博, 他1名
    • Journal Title

      第46回日本伝熱シンポジウム講演論文集 3

      Pages: 719-720

  • [Journal Article] 非定常温熱ストレスによる細胞損傷・死滅の予測(反応速度論的数学モデルの適用)2009

    • Author(s)
      石黒博, 他1名
    • Journal Title

      第46回日本伝熱シンポジウム講演論文集 3

      Pages: 717-718

  • [Journal Article] 非定常一次元熱伝導加熱による温熱ストレスが誘起する生体内の細胞損傷・死滅の進行の予測2009

    • Author(s)
      野澤正和, 石黒博
    • Journal Title

      日本機械学会2009年度熱工学カンファレンス講演論文集 09-33

      Pages: 117-118

  • [Presentation] 温熱条件下における細胞死滅を予測するための数学的モデルの構築2009

    • Author(s)
      石黒博, 他1名
    • Organizer
      第48回日本生体医工学会大会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京)
    • Year and Date
      2009-04-25

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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