生体素材,組織の構造・構成と力学特性に関する研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04237104
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 阿部 博之 東北大学, 工学部, 教授 (00005266)
• 研究分担者: 安田 和則 北海道大学, 医学部, 講師 (20166507) ; 村上 澄男 名古屋大学, 工学部, 教授 (10023053) ; 升田 利史郎 京都大学, 生体医療工学研究センター, 教授 (10026007) ; 立石 哲也 工業技術院, 機械技術研究所, 首席研究官 ; 佐藤 正明 東北大学, 工学部, 教授 (30111371)
• キーワード: 左心室 / 酸素消費量 / 内皮細胞 / 細胞接着 / 生体材料 / レオロジー / 力学的講成式 / 腱・靭帯組織

研究概要

1.酸素消費量が局所仕事に対応するものとし、それが壁厚方向に一様に分布する力学モでルの基本構成を、残留応力の存在を考慮することにより、呈示した。またイヌ摘出心による組織酸素分圧を計測するなど、モデルの傍証を開始した。(阿部)2.培養内皮細胞に流れのせん断応力を負荷することによって、細胞が硬くなるように力学的性質が変化した。これは、細胞の内部構造物である細胞骨格、特にマイクロフィラメントに依存していた。また、流れの方向性によって細胞の反応に変化がみられることが明らかとなった。(佐藤)3.細胞と材料との相互作用を細胞接着強度、細胞接着面積をパラメータとして評価したところ、細胞接着因子をコーティングしたアルミナに初期接着した線維芽細胞はアルミナに初期接着した線維芽細胞に比べ、細胞接着強度は約5倍、初期接着面積は約3倍という有意な差がみられた。(立石)4.PVAゲル、アルギン酸、ポリウレタン、コラーゲン等の生体関連材料の力学的性質を測定し、生体素材の力学的性質を明らかにした。また低せん断レオメータおよび生体用力学測定装置を製作し、コラーゲン分子の配向と組織化および血管の力学物性の測定に着手した。(升田)5.心筋を心筋線維と間質からなる複合材料と考え、非圧縮性、横等方性、等尺性張力のひずみ速度依存性ならびに活動レベル依存性等を仮定して、心臓の有限要素法解析に使用できる速度形の力学的構成式を定式化した。その結果、弛緩期だけでなく収縮期の挙動をも記述できる可能性をえた。(村上)6.移植されたコラーゲン性代用材料のモデルである家兎の凍結処理膝蓋腱に対して、定量的負荷軽減を行う新しい実験方法を開発した。その結果、移植されたコラーゲン性代用材料は、負荷の減少という力学的環境の変化に対して、引張強度および弾性係数の低下と断面積の増加という適応を行うことがわかった。(安田)

研究成果

• [文献書誌] 阿部 博之: "残留応力を考慮した左心室モデル" 第3回バイオメカニクスカンファレンス講演論文集. 930-1. 59-60 (1993)
• [文献書誌] 松田 光生: "大動脈の弾性特性と弾性成分に及ぼす継続的運動の効果" 脈管学. 32. 39-43 (1992)
• [文献書誌] M.A.Abd El-Haleem: "家兎大動脈の力学的性質に及ぼすコレステロール投与期間の影響" 日本機械学会論文集. 58. 1128-1133 (1992)
• [文献書誌] Keiko Ookawa: "Changes in microstructure of cultured porcine aortic endothelial cells in the early stage after applying fluid-imposed shear stress." Journal of Biomechanics. 25. 1321-1328 (1992)
• [文献書誌] 境 広志: "高コレステロール・高脂肪食で飼育した成長期ラット大動脈の弾性成分と弾性特性に及ぼす長期自発走の影響" いばらき体育・スポーツ科学. 8. 25-31 (1992)
• [文献書誌] 佐藤 正明: "動脈硬化の発生・進展と血管壁の動的力学応答" 日本ME学会雑皮BME. 6. 19-26 (1992)
• [文献書誌] 佐藤 正明: "壁ずり応力による血管内皮細胞の形態と機能の変化" 病理と臨床.
• [文献書誌] 佐藤 正明: "血液循環系における物質移動現象" 伝熱研究.
• [文献書誌] Masaaki Sato: "Platelet thrombi produced on cultured endothelial cells by the dye/light method" Biorheology.
• [文献書誌] Keiko Ookawa: "Morphological changes of endothelial cells after exposure to fluidimposed shear stress:Differential responses induced by extracellular matrices." Biorheology.
• [文献書誌] Keiko Ookawa: "Time course changes in cytoskeletal structure of cultured endothelial cells exposed to shear stress." Frontiers of Medical and Biological Engineering.
• [文献書誌] M.A.Abd El-Haleem: "Effects of cholestorel feeding periods on aortic mechanical porperties of rabbits." JSME International Journal.
• [文献書誌] Tetsuya Tateishi: "Round-Robin test for standardization of biocompatibility test procedure by cell culture method." Advances in Biomaterials. 10. 89-97 (1992)
• [文献書誌] Takashi Ushida: "Cell adhesion strength to biomateriasls and influence of fibronectin" Advances in Biomaterials. 10. 99-103 (1992)
• [文献書誌] T.Takigawa: "Comparison of model prediction with experiment for concentration modulus of poly(vinyl alcohol)(PVA)gels near the gelation point" Chemical Physics Letters. 33. 509-512 (1992)
• [文献書誌] 服部 高明: "低密度ポリエチレン/ポリスチレン系ブレンドの一軸及び二軸伸長流動" 日本レオロジー学会誌. 20. 141-145 (1992)
• [文献書誌] T.Matsumoto: "Viscoelastic and SAXS investigation of fractal structure of alginate aqueous systems" J.Chem.Soc.,Faradat Trans.88. 2673-2676 (1992)
• [文献書誌] T.Masuda: "Fatigue behavior of segmented polyurethanes under repeated strains" Bull.Inst.Chem.Res.,Kyoto Univ.70. 169-177 (1992)
• [文献書誌] T.Matsumoto: "Influence of concentration and mannuronate/gluronate ratio on steady flow porperties of alginate aqueous systems" Biorheology. 29. 411-417 (1992)
• [文献書誌] 川井 正弘: "水溶液中のアルギン酸分子におけるマンヌロン酸及びグルロン酸残基当りの分子鎖長" 日本バイオレオロジー学会誌. 6. 87-92 (1992)
• [文献書誌] 山田 宏: "腹部大動脈りゅうの成長と破裂に対する力学的評価" 日本機械学会論文集. 58. 1087-1092 (1992)
• [文献書誌] H.Yamada: "Mechanical evaluation for the growth and repture of aneurysm in abolominal aorta" JSME International Journal.
• [文献書誌] T.Majima: "Effects of stress shielding on the mechanical properties of in situ frozen patellar tendon augmented with polyester artificial ligament." Orthopaedic Transactions. 16. 585-586 (1992)
• [文献書誌] 真島 任史: "自家移植腱モデルにおいて人工靭帯による補強を行った後の荷重分散の変化" 整形外科バイオメカニクス. 13. 249-252 (1992)
• [文献書誌] 真島 任史: "膝蓋腱の力学的特性におよぼす負荷軽減の影響" 日本機械学会講演論文集(第2回バイオエンジニアリングシンポジウム). 920. 57-58 (1992)
• [文献書誌] 真島 任史: "膝蓋腱の力学的特性に及ぼす定量的負荷軽減の影響ー線維芽細胞壊死処理の有無によるリモデリングの相違ー" 日本整形外科学会誌. 66. S1335 (1992)
• [文献書誌] 阿部 博之(著者分担): "バイオメカニクス概説(バイオメカニクスシリーズ)" 日本機械学会編,オーム社, 209 (1993)
• [文献書誌] 佐藤 正明(著者分担): "血液レオロジー最近の進歩" メディカルレビュー社, 477 (1992)
• [文献書誌] 佐藤 正明(著者分担): "バイオエンジニアリングー最近の話題を集めてー" 培風館, 277 (1992)
• [文献書誌] 佐藤 正明(著者分担): "新生化変実験講座第10巻血管一内皮と平滑筋" 東京化学同人,
• [文献書誌] 佐藤 正明(著者分担): "臨床血栓止血学" 医歯薬出版,
• [文献書誌] 佐藤 正明(著者分担): "血栓形成と血栓溶解" 日本科学技術協会,
• [文献書誌] 升田 利史郎(著者分担): "PVAの世界" 高分子刊行会, 167 (1992)
• [文献書誌] 替田 利史郎(編集及び著者分担): "講座・レオロジー" 高分子刊行会, 263 (1992)
• [文献書誌] T.Majima(著者分担): "Proceeding of 7th International Conference of Biomedical Engineering" JCH Goh & A Narher,Singapor, 582 (1992)