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血球バイオメカニクスに基づく微小管網内レオロジーと急性循環障害機序の理解

研究課題

研究課題/領域番号 15H03915
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関千葉大学

研究代表者

坪田 健一  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (10344045)

研究協力者 劉 浩  
菅原 路子  
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2015年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
キーワードバイオメカニクス / 血流 / 微小循環 / 血球 / 細胞 / 赤血球 / ネットワーク流路 / 白血球
研究成果の概要

血球単体の変形運動および血球群の運動から微小管路網全体の血流に渡る微小循環挙動に対して,in vitro実験モデルおよび計算機シミュレーションモデルを構築し,血流のバイオメカニカルな仕組みを調べた.その結果,せん断流れ下における赤血球の変形運動において,赤血球膜の粘弾性に応じた力学特性が重要な役割を果たすことが分かった.また,微小管路網では,分岐部の血流は,その部分の流量分配と,その周囲の流れの影響との相互作用に応じて決まることが分かった.これらの点は,微小循環が病的な状態へ急激に変化していく際に重要と考えられる.

研究成果の学術的意義や社会的意義

微小循環の血流において,赤血球の力学特性や血管網の幾何学的構造は重要な役割を果たすと考えられてきたが,どのように重要かは不明であった.この点の一端を,本研究では明らかにすることが出来た点で,微小循環の理解をバイオメカニクスの観点から一歩進めることが出来た成果といえる.このことは,急性を含む病的な微小循環の変化の総合的な理解にも役立つと考えられる.このように,循環挙動を深く理解していくことで,最終的には,循環挙動の予測が可能になり,急性循環障害の簡便かつ高度な診断方法の開発にも繋がる.

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] In vitro analysis of blood flow in a microvascular network with realistic geometry2019

    • 著者名/発表者名
      Kodama, Y., Aoki, H., Yamagata, Y. and Tsubota, K.
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: in press ページ: 88-94

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2019.03.022

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of Actin Stress Fibers and Focal Adhesions during Slow Migration in Swiss 3T3 Fibroblasts: Intracellular Mechanism of Cell Turning2016

    • 著者名/発表者名
      Sugawara, M., Miyoshi, H., Miura, T., Tanaka, H., Tsubota, K. and Liu, H.
    • 雑誌名

      BioMed Research International

      巻: 12 ページ: 5749749-5749749

    • DOI

      10.1155/2016/5749749

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Cavopulmonary Connection Is Superior to Atriopulmonary ConnectionFontan in Preventing Thrombus Formation: Computer Simulation of Flow-Related Blood Coagulation2015

    • 著者名/発表者名
      Sughimoto, K., Okauchi, K., Zannino, D., Brizard, C., Liang, F.,Sugawara, M., Liu, H. and Tsubota, K.
    • 雑誌名

      Pediatric Cardiology

      巻: 36 号: 7 ページ: 1436-1441

    • DOI

      10.1007/s00380-015-0758-x

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Effects of red blood cells on blood flow in micro vessel network: In vitro experiment and computer simulation2018

    • 著者名/発表者名
      Tsubota, K., Kodama, Y. and Kanai, R.
    • 学会等名
      Joint Meeting of the European Society for Clinical Hemorheology and Microcirculation, The International Society for Clinical Hemorheology and The International Society of Biorheology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effects of membrane surface viscoelasticity on the tank-treading motion of a red blood cell under shear flow2018

    • 著者名/発表者名
      Tsubota, K.
    • 学会等名
      8th World Congress of Biomechanics (WCB2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 腎臓循環のモデリングと数値シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      Wei, D.,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 赤血球および血管網構造が微小循環に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      小玉裕八,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 細胞膜の粘弾性に応じた赤血球の変形運動2018

    • 著者名/発表者名
      野崎雄太,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 赤血球を考慮した微小血管網内レオロジーの粒子法シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      金井陵真,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2017-01-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 粒子法を用いた球状血栓形成シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      安達雅人,竹内拓也,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2017-01-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 微小血管内における赤血球運動の数値シミュレーション(細胞膜の粘弾性の影響)2017

    • 著者名/発表者名
      金井陵真,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第28回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 微小流路網を用いた血流の in vitro 実験2017

    • 著者名/発表者名
      小玉裕八,萩原里香,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第28回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 血球運動の計算バイオメカニクス2017

    • 著者名/発表者名
      坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第30回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 赤血球の粘弾性に応じた微小管網内血流の計算機シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      金井陵真,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第30回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 細胞膜の粘弾性が赤血球の変形運動に与える影響2017

    • 著者名/発表者名
      野崎雄太,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第30回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 微小流路網における赤血球運動のin vitro計測2017

    • 著者名/発表者名
      小玉裕八,萩原里香,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第30回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] フォンタン循環における血栓形成の計算機シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      竹内拓也,杉本晃一,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第30回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 患者個別血流路モデルを用いたフォンタン循環における三次元血栓形成シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      竹内拓也,杉本晃一,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第27回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 赤血球の変形運動を考慮した微小血管網内血流の三次元シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      金井陵真,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第27回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Computer simulation of cellular shape based on elastic deformation2016

    • 著者名/発表者名
      Tsubota, K.
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Computational Methods (ICCM2016)
    • 発表場所
      Berkeley, CA, USA
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 微小流路内れ下における血栓形成の実験計測(壁面せん断速度の影響)2016

    • 著者名/発表者名
      小池一輝,三好洋美,田中博人,劉浩,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第28回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2016-01-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Experimental Measurements of Thrombus Formation under Fluid Flow in Micro Channel2015

    • 著者名/発表者名
      Koike, K., Tsubota, K., Liu, H.
    • 学会等名
      8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics (APBiomech2015)
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computer simulation of blood cell motion based on viscoelastic deformation2015

    • 著者名/発表者名
      Tsubota, K.
    • 学会等名
      7th International Conference on Computational Methods (ICCM2015)
    • 発表場所
      Auckland, NZ
    • 年月日
      2015-07-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Particle Method Simulation of Thrombus Formation in Fontan Route. In: Advances in Computational Fluid-Structure Interaction and Flow Simulation: New Methods and Challenging Computations2016

    • 著者名/発表者名
      Tsubota, K., Sughimoto, K., Okauchi, K., Liu, H.
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 千葉大学・バイオメカニクス研究室HP

    • URL

      http://www.em.eng.chiba-u.jp/~bml/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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