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2015 Fiscal Year Annual Research Report

実験的に抽出された分子反応パラメータを導入したマラリア感染赤血球モデルの開発

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Science for Nanomedicine
Project/Area Number 26107703
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

今井 陽介  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (60431524)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywordsバイオメカニクス / 計算力学 / リガンド‐レセプタ結合 / 細胞力学 / マラリア
Outline of Annual Research Achievements

マラリアに感染した赤血球は膜表面に接着タンパクを発現する.この分子反応の発現によりマラリア感染赤血球は微小血管内に接着し,周囲の赤血球を巻き込んだ組織レベルの微小循環障害を引き起こす.
細胞の力学と生化学を連立する計算力学モデルを開発し,接着分子の生化学特性とマラリア感染赤血球挙動の関係に対する大規模パラメトリック計算を実施した.まず単体のマラリア感染赤血球挙動の計算を実施し,次に,多数の正常赤血球と相互作用する微小循環内の挙動を計算することで総合的に検討を行った.血管内皮細胞上にTSPやCD36がレセプタとして存在している場合,マラリア感染赤血球は定常接着をすると報告されているが,このような定常接着は離脱頻度が1/s以下の場合に生じることを明らかにした.またレセプタとしてICAM-1が存在する場合,マラリア感染赤血球は回転運動をすることが知られているが,ICAM-1は結合に作用する力にほとんど依存しない結合特性を有することを明らかにした.
また,開発した計算力学モデルをより一般的なカプセル懸濁液のレオロジー解析や白血球・腫瘍細胞の流動・接着の問題に応用した.マラリアと同様,白血球の接着は生体防御において,腫瘍細胞の接着はがん転移において重要な過程であり,古くから血管壁面の「Rolling」や定常接着が調べられてきた.我々はセレクチンを発現した毛細血管内の細胞挙動を計算し,毛細血管径が細胞径より小さくなると,細胞は管の中央を移動する「Bullet」挙動を示すことを明らかにした.このときリガンド‐レセプタ結合によって細胞の移動速度は著しく減少し,レセプタ密度が十分低い領域においても定常接着とみなせるような速度となることを示した.

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Massachusetts Institute of Technology
  • [Int'l Joint Research] National University of Singapore(Singapore)

    • Country Name
      Singapore
    • Counterpart Institution
      National University of Singapore
  • [Journal Article] Lateral migration of a capsule in a parabolic flow2016

    • Author(s)
      S. Nix, Y. Imai, T. Ishikawa
    • Journal Title

      Journal of Biomechanics

      Volume: in press Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2015.11.038

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Numerical methods for simulating blood flows at micro-, macro- and multi-scales2016

    • Author(s)
      Y. Imai, T. Omori, Shimogonya, Y., T. Ishikawa, T. Yamaguchi
    • Journal Title

      Journal of Biomechanics

      Volume: in press Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2015.11.047

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rheology of a dense suspension of spherical capsules under simple shear flow2016

    • Author(s)
      D. Matsunaga, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa
    • Journal Title

      Journal of Fluid Mechanics

      Volume: 786 Pages: 110-127

    • DOI

      10.1017/jfm.2015.666

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Flow of a circulating tumor cell and red blood cells in microvessels2015

    • Author(s)
      N. Takeishi, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 92 Pages: 063011

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.92.063011

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Graphics processing unit computing of cellular flow and adhesion in microvessels2015

    • Author(s)
      Y. Imai
    • Organizer
      The 3rd International Workshops on Advances in Computational Mechanics
    • Place of Presentation
      KFC Hall & Rooms, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-10-13 – 2015-10-13
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A Numerical Simulation of Cytoadhesion and Rosette Formation of Red Blood Cells Infected by Malaria2015

    • Author(s)
      Y. Imai
    • Organizer
      The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • Place of Presentation
      Hokkaido University, Sapparo, Japan
    • Year and Date
      2015-09-17 – 2015-09-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Viscosity Reduction in Bimodal Suspensions of Two Types of Capsules2015

    • Author(s)
      Y. Imai
    • Organizer
      13th U.S. National Congress on Computational Mechanics
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2015-07-29 – 2015-07-29
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-01-28  

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