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骨細胞の力学刺激感知・情報伝達による機能的適応のメカノバイオロジー

研究課題

研究課題/領域番号 22616003
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 メカノバイオロジー
研究機関京都大学

研究代表者

安達 泰治  京都大学, 再生医科学研究所, 教授 (40243323)

研究分担者 井上 康博  京都大学, 大学院・工学研究科, 助教 (80442929)
北條 正樹  京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70252492)
研究期間 (年度) 2010
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2011年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2010年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードメカノバイオロジー / 骨細胞 / 力学刺激応答 / 機能的適応 / バイオメカニクス / 骨 / ナノバイオ
研究概要

骨は、力学的環境の変化に対する適応的リモデリングにより、自らの構造や特性を機能的に変化させる。この現象の解明は、骨のバイオメカニクス・メカノバイオロジー研究における重要な課題であるが、鍵となる細胞レベルにおける各種の生化学的応答に対する力学的因子の関与は、十分には理解されていない。さらに、細胞レベルの形成・吸収活動が、如何に組織・構造レベルの形態的適応をもたらすかについては、未知な点が多い。そこで、本研究では、骨の細胞活動や構造変化と力学因子とを関連付けるシステムとして、骨基質内部に存在する骨細胞に着目し、その力学刺激感知・伝達による機能的適応の機構解明を目指した。
まず、単離骨細胞の力覚機構を明らかにするため、細胞突起内のアクチン細胞骨格、接着斑の構造に着目し、直接的な力学刺激負荷に対する細胞内カルシウム応答と一酸化窒素産生の挙動を観察した。その結果、局所的な力学刺激に対して、骨細胞が一酸化窒素産生応答を示し、さらに、カルシウム応答に比べて小さな刺激に対しても敏感に一酸化窒素産生応答が生じることが示された。
次に、細胞間ネットワークを介した情報伝達、および、破骨細胞・骨芽細胞による骨吸収・形成過程を数理モデルとして表現し、骨リモデリングによる形態適応現象の予測のための計算機シミュレーション手法を構築した。ここでは、骨小腔-骨細管を含む骨基質を多孔質弾性体としてモデル化し、これまで進めてきた理論的検討を基礎として、骨梁の変形-力関係やひずみ・応力・間質液圧力などの基本的なふるまいを理解すると同時に、多孔質弾性体に対する有限要素解析手法の開発により、複雑な形態を有する骨梁内部の間質液の力学的ふるまいを明らかにした。

報告書

(1件)
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2010 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Estimation of Bone Permeability Considering Morphology of Lacuno-Canalicular Porosity2010

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Kameo, Taiji Adachi, Narumichi Sato, Masaki Hojo
    • 雑誌名

      Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials

      巻: 3-3 ページ: 240-248

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Trabecular Bone Remodelling Simulation Considering Osteocytic Response to Fluid-induced Shear Stress2010

    • 著者名/発表者名
      Taiji Adachi, Yoshitaka Kameo, Masaki Hojo
    • 雑誌名

      Philosophical Transactions of the Royal Society A

      巻: 368 ページ: 2669-2682

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of Bioimaging to Osteocyte Biology2010

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kamioka, Taiji Adachi
    • 雑誌名

      Clinical Reviews in Bone and Mineral Metabolism

      巻: 8-4 ページ: 170-178

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 骨細胞の学刺激感知と細胞間応答伝播2010

    • 著者名/発表者名
      安達泰治
    • 学会等名
      第22回日本運動器リハビリテーション学会
    • 発表場所
      仙台(招待講演)
    • 年月日
      2010-07-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Modeling of Mechanosensing and Intercellular Communications by Osteocytes in Trabecular Bone Adaptation2010

    • 著者名/発表者名
      Taiji Adachi, Yoshitaka Kameo, Masaki Hojo
    • 学会等名
      IV European Conference on Computational mechanics
    • 発表場所
      Paris, France(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Modeling of Osteocyte Mechanosensing and Communication in Bone Adaptation2010

    • 著者名/発表者名
      Taiji Adachi
    • 学会等名
      43^<rd> Annual Meeting for the Japanese Society of Developmental Biologists
    • 発表場所
      京都(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Multiscale Simulation of Trabecular Bone Adaptation by Remodeling toward Understanding Wolff's Law2010

    • 著者名/発表者名
      Taiji Adachi, Yoshitaka Kameo, Masaki Hojo
    • 学会等名
      The 9^<th> World Congress on Computational Mechanics
    • 発表場所
      Sydney, Australia(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Modelling Osteocyte Signalling in Bone Tissue Adaptation2010

    • 著者名/発表者名
      Taiji Adachi, Yoshitaka Kameo, Masaki Hojo
    • 学会等名
      World Congress on Biomechanics 2010
    • 発表場所
      Singapore(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 骨のリモデリングによる機能的適応のシステムバイオメカニクス2010

    • 著者名/発表者名
      安達泰治
    • 学会等名
      第37回日本臨床バイオメカニクス学会
    • 発表場所
      京都(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Morphological Changes in Cancellous Bone Predicted by Trabecular Remodeling Simulation Considering Interstitial Fluid Flow2010

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Kameo, Taiji Adachi, Masaki Hojo
    • 学会等名
      The 17^<th> Congress of the European Society of Biomechanics
    • 発表場所
      Edinburgh, Scotland, UK
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Trabecular Surface Remodeling Simulation in Human Proximal Femurusing Large-scale Voxel FE Models : Approach to Understanding Wolff's Law2010

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Tsubota, Yusuke Suzuki, Tomonori Yamada, Masaki Hojo, Akitake Makinouchi, Taiji Adachi
    • 学会等名
      World Congress on Biomechanics
    • 発表場所
      Singapore
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Repairing Simulation of Damaged Trabecula based on Mathematical Model for Bone Remodeling2010

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Kameo, Taiji Adachi, Masaki Hojo
    • 学会等名
      World Congress on Biomechanics
    • 発表場所
      Singapore
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 細胞間を伝播するシグナル分子の影響を考慮した骨梁リモデリングシミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      石橋弘輝, 亀尾佳貴, 安達泰治, 北條正樹
    • 学会等名
      日本機械学会第21回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      金沢
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 骨細胞の一酸化窒素産生における力刺激依存性2010

    • 著者名/発表者名
      村田勝章, 須長純子, 北條正樹, 佐藤正明, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第21回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      金沢
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.frontier.kyoto-u.ac.jp/bf05/

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-08-23   更新日: 2016-04-21  

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