2015 Fiscal Year Annual Research Report
ラマン分光法を利用した分子スケール構造解析に基づく関節軟骨力学機能評価法
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25420001
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
東藤 正浩 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10314402)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / ラマン分光 / 関節軟骨 / コラーゲン / プロテオグリカン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大腿骨と脛骨，膝蓋骨で構成される膝関節は，屈伸運動機能だけではなく，関節軟骨において，下肢に生じる衝撃エネルギーを吸収する．変形性関節症は労働やスポーツ，外傷などによる過剰な力学的負荷が原因で発症する関節軟骨の退行性疾患であり，高齢者の日常活動性および生活の質を阻害する最も多い要因の一つである．高齢化が進む中で，この病態を十分に把握し，適切な診断を行うことが求められている．
単一の振動数を持つ励起レーザーを，固有の分子振動数を持つ物質に照射すると，レイリー散乱，ストークス散乱，アンチストークス散乱が観測される．入射光とストークス散乱光の振動数の差をラマンシフトと呼び，物質特有の値をとるため，物質の特定やその特性を知るためにラマン分光測定が利用される．そこで本研究では，コラーゲン線維，エラスチン，プロテオグリカンなど高分子から構成される膝関節軟骨の力学的特性評価法として，ラマン分光法による成分解析を提案する．ラマン分光法は，水分の影響を受けにくいという特徴を持ち，有機および無機両成分の成分解析が可能である．これらより，ラマン分光法は生体組織の測定に適している．
平成27年度では，ウシ膝関節の大腿骨顆より膝関節軟骨試験片を作製し，開発した軟骨圧縮デバイスと顕微レーザーラマン分光装置を組み合わせ，圧縮時のラマンスペクトル解析を行い，力学負荷に対するラマンスペクトルの応答について調査した．その結果，関節軟骨のラマン分光解析により，Proline，Hydroxyprolineといったコラーゲン由来の情報，またPyranoseといったプロテオグリカンに関連する情報を同時に測定することができた．これらの結果より組織レベルの負荷状態に応答した微視構造レベルの力学応答を観察することができ，これらの情報から軟骨組織評価を行う手法を提案することができた．
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[Journal Article] A Novel Bone Marrow Stimulation Technique Augmented by Administration of Ultrapurified Alginate Gel Enhances Osteochondral Repair in a Rabbit Model2015
Author(s)
Rikiya BABA, Tomohiro ONODERA, Daisuke MOMMA, Masatake MATSUOKA, Kazutoshi HONTANI, Sameh ELMORSY, Kaori ENDO, Masahiro TODOH, Shigeru TASANO, Norimasa IWASAKI
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Journal Title
Tissue Engineering, Part C, Methods
Volume: 21
Pages: 1263-1273
DOI
Peer Reviewed
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