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本研究では、細胞動態と、多様な作用機序による薬剤効果を表現した骨代謝・治療数理モデルを構築し、骨代謝疾患に対する薬剤投与シミュレーションにより骨密度・骨質に対する薬剤効果を理解・予測可能な技術を創成することを目的としている。
前年度までに、構築した骨代謝・治療数理モデルを使用し、骨粗鬆症における骨量減少の推移を表現した。本年度は、本数理モデルを用いて、代表的な骨粗鬆症治療薬の投与シミュレーションを行った。初期形状として、前年度同様、生体海綿骨のイメージベースト有限要素モデルを構築した。細胞動態として、破骨・骨芽細胞面の面積比率を解析した。この細胞動態に基づき、骨質を規定する重要な因子である、構造特性および材料特性に基づく薬剤効果を解析した。構造特性としては、海綿骨の骨形態形成パラメータを解析した。材料特性としては、成熟度（骨要素が形成されてからの経過時間）を解析した。デノスマブに代表される骨吸収抑制薬では、破骨細胞活動の抑制に伴い、骨体積分率の減少が抑制、あるいは増加傾向となることが表現された。骨形成促進薬については、テリパラチドでは、骨形成も骨吸収も活性化される結果、骨梁幅は軽度増加を示した。ロモソズマブでは、骨形成を促進し骨吸収を抑制することで、骨梁幅は著明な増加を示した。成熟度については、骨吸収抑制薬で最も高値となり、骨形成促進薬の中でも、テリパラチドで最も低値となり、古い骨の新しい骨への置換が最も促進されることが示された。以上により、骨密度・骨質に対する薬剤効果を細胞動態に基づき解析可能な、骨粗鬆症治療シミュレーションシステムが構築された。
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