2015 Fiscal Year Research-status Report
骨細胞のマルチスケール力学解析に基づく力学刺激感知機構の解明
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25820011
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
亀尾 佳貴 京都大学, 再生医科学研究所, 助教 (60611431)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 骨 / 骨細胞 / リモデリング / マルチスケール解析 / バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，微視的な高分子構造から巨視的な骨基質の材料特性までを考慮したマルチスケール力学解析を通じ，リモデリングによる骨の機能的適応過程における骨細胞の力学刺激感知機構を明らかにすることを目指している．昨年度の研究により，骨細胞への流れ刺激を定量的に評価する上で，間質液の流路である骨小腔―骨細管形態の不均質な空間分布の重要性が明らかとなった．そこで本年度は，骨組織内部における骨小腔―骨細管系の構造的特徴が，骨細胞に対する流れ刺激，およびリモデリングによる骨組織の形態変化に及ぼす影響をシミュレーションにより検討した．以下に，本年度中の主な研究実施内容と得られた成果をまとめる．
１．骨細胞に対する流れ刺激の定量評価
骨梁を多孔質弾性体とみなし，扁平骨様の太い骨細管を持つ単体骨梁モデル（Model F）と，長管骨様の細い骨細管を持つ単体骨梁モデル（Model L）を作成した．骨小腔―骨細管系の構造が異なるこれら２種類の骨梁モデルに対し，繰返し荷重が負荷された際に，内部の骨細胞に作用する流れ刺激を定量的に評価した．その結果，Model Fの方がModel Lよりも骨細胞への流れ刺激が大きいことが示された．
２．骨小腔―骨細管形態を考慮した骨梁リモデリングシミュレーション
骨小腔―骨細管系の構造が異なる上記２種類の単体骨梁モデルに対して同一の荷重を負荷し，リモデリングシミュレーションを通じてそれらの形態変化を解析した．その結果，いずれのモデルにおいても荷重方向に配向した骨梁が形成されたが，リモデリング後における骨梁の体積を比較すると，Model Fの方がModel Lより約2倍の太さを有することが示された．
以上の結果から，骨組織内部における骨小腔―骨細管形態の相違は，骨細胞が感知する力学刺激量の調整に関連していることが示唆された．
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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
骨細胞に作用する流れ刺激を定量的に評価するとともに，マルチスケール力学解析を通じ，骨組織の微視的な構造がリモデリングによる巨視的な骨形態変化に及ぼす影響を明らかにできたことから，本研究はおおむね順調に進展しているものと考えられる
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果をまとめ，国際会議にて研究発表を行うとともに，学術論文を作成し，国際学術誌に投稿する予定である．
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| Causes of Carryover |
平成27年度において，当初は欧米の国際会議での研究発表を2件予定していたが，うち1件が国内で開催され，旅費を節約することができたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国際会議に出席し，最新の研究成果を発表するため，その参加登録費と旅費に使用する予定である．
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