血管壁破壊現象と内部構造の同時・直接観察による破壊メカニズム解明の試み

• 研究課題/領域番号: 26709002
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 杉田 修啓 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20532104)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円); 2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2016年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2015年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2014年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
• キーワード: バイオメカニクス / 細胞・組織 / 血管壁 / 破壊メカニズム / コラーゲン / エラスチン / 破壊現象

研究成果の概要

大動脈の一部が拡張する大動脈瘤は破裂時の致死率が高いため，壁の破壊メカニズムの解明が待たれている．本研究では，血管壁の破壊現象をミクロレベルで観察し，破壊箇所の組織構造を調べて，破壊機序の解明を目指した．ブタ胸大動脈を2軸引張試験下で破壊した結果，局所コラーゲン線維分布量が低い領域で破裂し，コラーゲン線維に沿って亀裂が走った．また，エラスチン分布量や，エラスチン線維とコラーゲン線維の結合は，破壊に影響しなかった．さらに，コラーゲンサブタイプの観察による定量化や，円筒管形状のまま破壊現象を観察する手法の基礎を構築した．

研究成果

• [雑誌論文] Local distribution of collagen fibers determines crack initiation site and its propagation direction during aortic rupture (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugita Shukei、Matsumoto Takeo
  • 雑誌名: Biomechanics and Modeling in Mechanobiology 巻: 17 号: 2 ページ: 577-587
  • DOI: 10.1007/s10237-017-0979-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiphoton microscopy observations of 3D elastin and collagen fiber microstructure changes during pressurization in aortic media (2016)
  • 著者名/発表者名: Sugita Shukei、Matsumoto Takeo
  • 雑誌名: Biomechanics and Modeling in Mechanobiology 巻: 16 号: 3 ページ: 763-773
  • DOI: 10.1007/s10237-016-0851-9
  • 査読あり
• [学会発表] Microscopic deformation of the aorta during pressurization based on SHG and two-photon microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Sugita, Masaya Katoh, Masanori Nakamura, and T. Matsumoto
  • 学会等名: The 8th World Congress of Biomechanics
  • 国際学会
• [学会発表] コラーゲン線維の蛇行度を考慮した血管壁の構成法則 －大動脈瘤破裂予測に向けて－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 今岡健汰朗，中村匡徳，杉山由恵，杉田修啓
  • 学会等名: ライフサポート学会第27回フロンティア講演会
• [学会発表] Observation of elastin and collagen fibers in the thoracic aorta under multiphoton microscope during pressurization (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Sugita, T. Matsumoto
  • 学会等名: BIT7s 5th Annual Congress of Analytix-2017
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2017-03-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Relation between Direction of Elastin Fibers and Principal Stress in the Aortic Media (2017)
  • 著者名/発表者名: Asaka Yamada, Shukei Sugita, Takeo Matsumoto
  • 学会等名: The 1st ABiS Symposium
  • 発表場所: 東岡崎
  • 年月日: 2017-02-19
• [学会発表] 大動脈中膜内エラスチン・コラーゲン線維の加圧時の微細構造変化－弾性板層と平滑筋細胞層による差異 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉田修啓，松本健郎
  • 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
  • 年月日: 2017-01-19
• [学会発表] Deformation of elastin and collagen fibers in the aortic media due to changes in pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Sugita, T. Matsumoto
  • 学会等名: XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
  • 国際学会
• [学会発表] 第二次高調波発生光によるコラーゲン線維のType I-Type III割合の定量化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴村拓也，杉田修啓
  • 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
• [学会発表] 血管壁破壊に対するエラスチン線維とコラーゲン線維の結合の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡田成右，中村匡徳，松本健郎，杉田修啓
  • 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
• [学会発表] 血管の二光子顕微鏡下全周観察装置の開発と内圧負荷時のコラーゲン線維観察への適用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤雅也，杉田修啓
  • 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
• [学会発表] 胸大動脈内の細胞外マトリックスの引張負荷変形に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上間大輝，杉田修啓
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第47回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 浜松
• [学会発表] コラーゲン線維のType I-Type III割合の定量化に関する基礎研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴村拓也，杉田修啓
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第47回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 浜松
• [学会発表] 大動脈中膜内の応力状態とエラスチン線維走行方向との関連 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田麻加，杉田修啓，松本健郎
  • 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
  • 年月日: 2016-10-22
• [学会発表] 引張負荷時の大動脈中膜内エラスチン・コラーゲン線維の多光子顕微鏡による観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡田成右，杉田修啓，松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第46回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 八草
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] 多光子顕微鏡によるエラスチン線維の血管中膜内走行方向の基礎的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田麻加，杉田修啓，松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第46回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 八草
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] Microscopic deformation of porcine thoracic aortas until failure during biaxial stretch as a model of aortic rupture (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sugita, T. Matsumoto
  • 学会等名: The International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2015
  • 発表場所: Toyohashi
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Difference in mechanical properties of collagen fibers in the media and the adventitia of the porcine thoracic aorta (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sugita, H. Narita, T. Matsumoto
  • 学会等名: The 8th Asia Pacific Conference on Biomechanics
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会
• [学会発表] Morphological characterization of collagen fibers at the crack initiation sites in biaxially stretched porcine thoracic aortas toward clarification of aneurysm rupture mechanism (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sugita, T. Matsumoto
  • 学会等名: Summer Biomechanics, Bioengineering, and Biotransport Conference
  • 発表場所: Salt Lake City
  • 年月日: 2015-06-17
  • 国際学会
• [学会発表] 大動脈中膜および外膜由来コラーゲン線維の引張試験に伴う内部微細線維の配向変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田 大興，杉田修啓，松本健郎
  • 学会等名: 第24回ライフサポート学会 フロンティア講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-06
• [学会発表] コラーゲン線維が2軸引張下の薄切大動脈試料の亀裂開始位置と亀裂伝播路に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉田修啓，松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会 第27回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2015-01-09 – 2015-01-10
• [備考] 名古屋工業大学 医用生体工学研究室 研究紹介
  • URL: http://biomech.web.nitech.ac.jp/research/research.html
• [備考] 名古屋工業大学バイオメカニクス研究室 研究紹介
  • URL: http://biomech.web.nitech.ac.jp/Research.html