細胞の代謝活動を考慮した骨リモデリングの数理モデルの構築

• 研究課題/領域番号: 23860044
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 亀尾 佳貴 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教 (60611431)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2012年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2011年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 骨細胞 / リモデリング / 機能的適応 / 数理モデル / バイオメカニクス / 間質液流れ / 骨細管 / 骨梁 / 間質液 / 骨小腔-骨細管系 / 適応

研究概要

本研究では,骨細胞による力学刺激感知,および,骨系細胞間の生化学的シグナル伝達という微視的な細胞活動から,巨視的な骨構造変化を再現可能な骨リモデリングの数理モデルを構築した.まず,骨細胞の力学刺激感知過程に着目し,骨細管内の間質液流れによる骨細胞突起の変形を解析した.さらに,骨系細胞間の代表的なシグナル伝達系を考慮した骨リモデリングの数理モデルを提案し,力学環境に応じた骨形態変化についてシミュレーションによる検討を行った.

研究成果

• [雑誌論文] Microscale Fluid Flow Analysis in Human Osteocyte Canaliculus Using a Realistic High-resolution Image-based Three-dimensional Model (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kamioka, Yoshitaka Kameo, Yuichi Imai, Astrid D. Bakker, Rommel G. Bacabac, Naoko Yamada, Akio Takaoka, Takashi Yamashiro, Taiji Adachi, Jenneke Klein-Nulend
  • 雑誌名: Integrative Biology 巻: 4 (10) 号: 10 ページ: 1198-1206
  • DOI: 10.1039/c2ib20092a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of loading frequency on functional adaptation of trabecula predicted by bone remodeling simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kameo
  • 雑誌名: Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 巻: 4 号: 6 ページ: 900-908
  • DOI: 10.1016/j.jmbbm.2011.03.008
  • 査読あり
• [学会発表] 骨細管内の細胞周囲マトリックスが流れによる骨細胞突起変形に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 亀尾佳貴
  • 学会等名: 日本機械学会第25回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2013-09-11
• [学会発表] Microscale Fluid Flow Analysis in a Human Osteocyte Canaliculus Using a Realistic High-resolution Image-based Three-dimensional Model (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kamioka
  • 学会等名: International Symposium on Cellular Mechanobiology
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Microscale Fluid Flow Analysis in a Human Osteocyte Canaliculus Using a Realistic High-resolution Image-based Three-dimensional Model (2012)
  • 著者名/発表者名: 上岡寛
  • 学会等名: International Symposium on Cellular Mechanobiology
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Modeling Trabecular Bone Adaptation Regulated by Mechanosensing Osteocytes (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Kameo
  • 学会等名: 3rd Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures (ACMFMS2012)
  • 発表場所: New Delhi, India
• [学会発表] 骨細管内の間質液流れによる骨細胞突起変形シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 亀尾佳貴
  • 学会等名: 日本機械学会 2012 年度年次大会
  • 発表場所: 金沢
• [学会発表] Poroelastic Analysis of Interstitial Fluid Flow in Trabecula under Cyclic Loading (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Kameo
  • 学会等名: 18th Congress of the European Society of Biomechanics (ESB2012)
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
• [学会発表] 骨細管内の間質液流れによる骨細胞突起変形シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 亀尾佳貴
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢
• [学会発表] Microscale Fluid-flow Analysis in Osteocyte Canaliculi Using High-resolution Image-based Models (2011)
  • 著者名/発表者名: 上岡寛
  • 学会等名: American Society for Bone and Mineral Research 2011 (ASBMR2011)
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2011-09-19
• [学会発表] シグナル伝達機構を考慮した骨梁リモデリングシミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 石橋弘輝
  • 学会等名: 日本機械学会2011年度年次大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-09-13
• [学会発表] A Hypothesis of Structural Optimality in Bone : Modeling Osteocyte Network as a Mechanosensory System (2011)
  • 著者名/発表者名: 安達泰治
  • 学会等名: 11th US National Congress on Computational Mechanics (USNCCM-11)
  • 発表場所: Minneapolis, USA
  • 年月日: 2011-07-25
• [学会発表] Poroelastic Modelling of Trabecular Bone Adaptation Stimulated by Flow-induced Shear Stress on Osteocytic Process Membrane in Lacuno-canalicular System (2011)
  • 著者名/発表者名: 安達泰治
  • 学会等名: IV International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering (Coupled Problem 2011)
  • 発表場所: Kos Island, Greece
  • 年月日: 2011-06-21
• [学会発表] Microscale Flow Analysis in Bone Canaliculi Using High-resolution Image-based Models (2011)
  • 著者名/発表者名: 安達泰治
  • 学会等名: Workshop : Microscale Modeling in Biomechanics and Mechanobiology
  • 発表場所: Ericeira, Portugal(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-31
• [学会発表] 骨細管イメージベースモデルを用いた間質液流れシミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 亀尾佳貴
  • 学会等名: 第38回日本臨床バイオメカニクス学会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 高詳細骨細管モデルを用いた流れ解析の試み (2011)
  • 著者名/発表者名: 上岡寛
  • 学会等名: 第70回日本矯正歯科学会大会 & 第4回国際会議
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] Microscale Fluid-flow Analysis in Osteocyte Canaliculi Using High-resolution Image-based Models (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kamioka
  • 学会等名: American Society for Bone and Mineral Research 2011 (ASBMR2011) Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] シグナル伝達機構を考慮した骨梁リモデリングシミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 石橋弘輝
  • 学会等名: 日本機械学会 2011 年度年次大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] A Hypothesis of Structural Optimality in Bone: Modeling Osteocyte Network as a Mechanosensory System (2011)
  • 著者名/発表者名: Taiji Adachi
  • 学会等名: 11th US National Congress on Computational Mechanics (USNCCM-11)
  • 発表場所: USA
• [学会発表] Mathematical Modeling of Trabecular Bone Remodeling Induced by Osteocytic Response to Interstitial Fluid Flow (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Kameo
  • 学会等名: 8th European Conference on Mathematical and Theoretical Biology, and Annual Meeting of the Society for Mathematical Biology (ECMTB2011)
  • 発表場所: Krakow, Poland
• [学会発表] Poroelastic Modelling of Trabecular Bone Adaptation Stimulated by Flow-induced Shear Stress on Osteocytic Process Membrane in Lacuno-canalicular System (2011)
  • 著者名/発表者名: Taiji Adachi
  • 学会等名: IV International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering (Coupled Problem 2011)
  • 発表場所: Kos Island
• [学会発表] Microscale Flow Analysis in Bone Canaliculi Using High-resolution Image-based Models (2011)
  • 著者名/発表者名: Taiji Adachi
  • 学会等名: Microscale Modeling in Biomechanics and Mechanobiology
  • 発表場所: Ericeira, Portugal
• [学会発表] 三次元構築された骨細管モデル内における流れ解析の試み (2011)
  • 著者名/発表者名: 上岡寛
  • 学会等名: 第31回日本骨形態計測学会
  • 発表場所: 岐阜
• [学会発表] 高詳細骨細管モデルを用いた流れ解析の試み (2011)
  • 著者名/発表者名: 上岡寛
  • 学会等名: 第70回日本矯正歯科学会大会&第4回国際会議
  • 発表場所: 名古屋
• [図書] 力学環境に対する骨組織の機能的適応現象の数理モデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 亀尾佳貴,安達泰治
  • 出版者: シーエムシー
• [図書] 再生医療製品の許認可と組織工学の新しい試み（第4章3節：力学環境に対する骨組織の機能的適応現象の数理モデル） (2012)
  • 著者名/発表者名: 亀尾佳貴
  • 総ページ数: 209
  • 出版者: シーエムシー出版