2022 Fiscal Year Research-status Report
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21K12635
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
山本 憲隆 立命館大学, 理工学部, 教授 (40210546)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / 力学的適応 / 腱・靭帯 / 生体分子 / コラーゲン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ブタ腱由来の酸可溶性Ⅰ型コラーゲン溶液からコラーゲンゲルや原線維を再構成させ，この過程で起こるコラーゲン分子間の力学的相互作用を水晶振動子マイクロバランス（QCM）を用いて解析し，再構成された原線維の微細構造観察と引張試験を行った．さらに，コラーゲンとプロテオグリカン（コンドロイチン硫酸C）を反応させて線維束を再構成させ，コラーゲン分子とプロテオグリカンの力学的相互作用について検討した．
水晶振動子を装着したセルのカップ部に，マイクロピペットを用いてコラーゲン溶液を滴下した．次に，コンドロイチン硫酸C，再構成用緩衝液を滴下して，コラーゲンゲルを再構成させた．得られた周波数の変化から，最小サセプタンス周波数と損失係数を算出した．その結果，コラーゲンにコンドロイチン硫酸を加えて反応させると，コラーゲンのみで反応させた場合に比べて，再構成されたゲルの弾性が大きくなることが明らかになった．
前年度より幅広くpHを変化させてコラーゲン溶液から原線維を再構成させ，この原線維の引張試験を行った．試験は倒立顕微鏡のステージ上で，暗視野下で行った．ステージ上に固定したマイクロマニピュレータに取り付けたマイクロ針を用いて，原線維を取り上げ，その両端をマイクロ針に巻きつけた．その後，生理食塩水中で原線維が破断するまでマイクロ針を移動させた．その結果，引張強度と接線弾性係数は，pH8.8で最も大きくなり，pHが8.8より小さくなると小さくなった．また，pHが8.8よりも大きくなると引張強度と接線弾性係数は大幅に小さくなった．
蛍光標識（FITC）Ⅰ型コラーゲン溶液と再構成用緩衝液を用いてコラーゲン原線維を再構成させ，その再構成過程を蛍光顕微鏡を用いて観察した．その結果，溶液中の分子が一度マイクロフィブリルやサブフィブリルを形成し，その後原線維を形成することが明らかになった．
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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
コラーゲン溶液とコンドロイチン硫酸から原線維や線維束を再構成させ，この過程で起こるコラーゲン分子間の力学的相互作用をQCMを用いて解析するとともに，再構成原線維の微細構造観察と引張試験を行った．さらに，蛍光顕微鏡を用いてコラーゲン分子からコラーゲン原線維が再構成される様子を観察することができた．以上のように，当初の計画通りに研究は進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度に引き続き，Ⅰ型コラーゲン溶液とコンドロイチン硫酸からコラーゲンゲルや原線維を再構成させ，この過程で起こるコラーゲン分子間の力学的相互作用をQCMを用いて解析し，再構成された原線維の微細構造観察と引張試験を行う．令和5年度では，Ⅰ型に加えてⅡ型やⅢ型のコラーゲン溶液を用いて再構成を行い，コラーゲンタイプの影響についても検討を行う．
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| Causes of Carryover |
理由：消耗品として計上した水晶振動子，AFMカンチレバー，薬品などの使用量が少なくて済んだため．
使用計画：令和5年度においては，令和4年度と同様の実験をより多く実施するので，さらに多くの水晶振動子，AFMカンチレバー，薬品などを購入する予定である．
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