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2020 年度 実績報告書

生物のかたちづくりを利用したものづくり:力学的適応現象を利用した最適構造構築

研究課題

研究課題/領域番号 18H03752
研究機関名古屋大学

研究代表者

松本 健郎  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30209639)

研究分担者 前田 英次郎  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20581614)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードバイオメカニクス / 形態形成 / 力学的適応 / ものづくり / 骨 / 珪藻
研究実績の概要

A.組織に作用する力の分布を細胞レベルで明らかにする手法の開発:我々が別途開発したFRET型張力センサの遺伝子を電気パルスで培養細胞内に導入し,細胞内で発現させることで細胞内部の張力変化を見積もることができるようになってきている.同様の手法で組織内の細胞にセンサ遺伝子を導入しようとして様々な条件を試したが,上手く行かなかったので,発想を転換し,FRET型張力センサの遺伝子を電気パルスで導入した培養細胞を組織内に注入し,組織と癒合させ,これをセンサとして用いる方法を試みた.具体的にはラット胸大動脈から単離した細胞などに遺伝子を導入し,この細胞をラット胸大動脈壁に刺入した針から組織内に注入した.しかし,導入確率は30%程度,導入できた細胞も数日でFRETがみられなくなるという問題があり,成績不良であった.現在,FRET型張力センサの遺伝子をゲノムレベルで発現する遺伝子改変マウスを作製中であり,これが完成した暁にはこの動物から単離した細胞を用いることを考えている.
B.幼若骨組織の力学負荷下培養系の確立と最適構造の自発創成:実験系は確立したので,コラーゲン線維の配向と石灰化の関係を調べた.具体的には偏光顕微鏡でコラーゲン線維の走行を調べ,断面内の石灰化の進行のパタン都の関係を調べた.その結果,コラーゲン線維の配向方向に石灰化が進行することが判明した.
C.珪藻の形態形成に及ぼす力学刺激の影響の検討:研究対象とする細長い筒状珪藻Aulacoseiraが軸方向に伸張するには,被殻の一部を軟化させる必要があるはずで,外力が加わった状態でなぜその柔らかくなった部分が折れないのかという疑問を解明するため,被殻の成長に伴う被殻構造の変化を蛍光顕微鏡,SEMなどを用いて調べた.その結果,被殻が2層になっており,これが滑り合うことで伸びることなどが判ってきた.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021 2020 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 図書 (2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Through the cleared aorta: three-dimensional characterization of mechanical behaviors of rat thoracic aorta under intraluminal pressurization using optical clearing method2022

    • 著者名/発表者名
      Maeda E, Ando Y, Takeshita K, Matsumoto T
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: In press ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Microscopic characterisation of local strain field in healing tissue in the central third defect of mouse patellar tendon at early-phase of healing2021

    • 著者名/発表者名
      Maeda Eijiro、Kuroyanagi Kaname、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials

      巻: 123 ページ: 104702~104702

    • DOI

      10.1016/j.jmbbm.2021.104702

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞核への力学刺激と核内クロマチン分布2020

    • 著者名/発表者名
      松本健郎
    • 雑誌名

      医学のあゆみ『ラミノパチーとはなにか』

      巻: 272-2 ページ: 147-151

  • [雑誌論文] 力学現象としての動脈硬化2020

    • 著者名/発表者名
      松本健郎
    • 雑誌名

      実験医学 2020年5月増刊号『疾患に挑むメカノバイオロジー』

      巻: 38-7 ページ: 30-35

  • [学会発表] 血管壁に導入したFRET型張力センサ発現平滑筋細胞の形態変化観察2022

    • 著者名/発表者名
      道家大悟,沼野翔太,王軍鋒,キム・ジョンヒョン,前田英次郎,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第32回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] FRET型張力センサを発現するトランスジェニックマウスの作製と評価2021

    • 著者名/発表者名
      王軍鋒,辻村有紀,北口哲也,前田英次郎,横田秀夫,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会
  • [学会発表] Generation and evaluation of transgenic mice expressing tension sensor based on FRET2021

    • 著者名/発表者名
      Wang JF, Tsujimura Y, Kitaguchi T, Maeda E, Yokota H, Matsumoto T
    • 学会等名
      The 11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] 血管壁の3次元微細構造を明らかにする画像化技術2020

    • 著者名/発表者名
      松本健郎,横田秀夫,杉田修啓,安東頼子
    • 学会等名
      第59回日本生体医工学会大会
  • [学会発表] 弾性動脈のLamellar Unitと力学応答:高血圧に対する胸大動脈壁の力学的適応の解明を目指して2020

    • 著者名/発表者名
      松本健郎
    • 学会等名
      Researcher Conference for Pulmonary Circulation & Right Heart Function (Re-PCR 2020)
    • 招待講演
  • [学会発表] FRET型張力センサを用いた単一ストレスファイバ内の微視的変形計測:変形の不均一性およびFRET ratio 変化と実際のひずみとの相関の検討2020

    • 著者名/発表者名
      小出恭平,王軍鋒,前田英次郎,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第31回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] 生体軟組織へのFRETセンサ導入法の開発:組織内微視的ひずみ分布の計測を目指して2020

    • 著者名/発表者名
      沼野翔太,王軍鋒,前田英次郎,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第31回バイオフロンティア講演会
  • [図書] 最先端ナノライフシステム研究(最先端ナノライフシステム研究編集委員会編)2022

    • 著者名/発表者名
      キム・ジョンヒョン,前田英次郎,松本健郎
    • 総ページ数
      221
    • 出版者
      丸善プラネット
    • ISBN
      978-4-86345-520-7
  • [図書] Biomechanics of Coronary Atherosclerotic Plaque: From Model to Patient (Ohayon J, Finet G, Pettigrew RI, eds.)2020

    • 著者名/発表者名
      Jean-Louis Martiel, Gerard Finet, Gerhard Holzapfel, Matthias Stuber, Takeo Matsumoto, Roderic I. Pettigrew, Jacques Ohayon
    • 総ページ数
      675
    • 出版者
      Academic Press
    • ISBN
      978-0-323-85933-2
  • [備考] バイオメカニクス研究室

    • URL

      http://bio.mech.nagoya-u.ac.jp/

  • [産業財産権] 生体情報測定装置2018

    • 発明者名
      松本健郎,益田博之
    • 権利者名
      松本健郎,益田博之
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      6651087

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公開日: 2022-12-28  

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