赤血球膜損傷のマルチスケール力学解析と溶血観察実験による溶血シミュレータの構築

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22300155
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 中村 匡徳 埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (20448046)
• 研究分担者: 和田 成生 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (70240546) ; 宮崎 浩 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (00263228) ; 越山 顕一朗 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教 (80467513)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 赤血球 / 溶血 / 計算力学 / 数値流体力学 / メゾスコピック解析

研究概要

本課題では,(1)連続体レベルにおける赤血球の変形動態解析,(2)分子動力学レベルにおける脂質膜破断解析,(3)化学蛍光法による溶血可視化実験の3つを行なった.1)より,単純な定常中において,既存の溶血指標は赤血球の変形量とほぼ一対一の関係があるものの,非定常流などになった場合には赤血球変形量を全く反映しないことがわかった.(2)より,引張による膜破断機序を明らかにした.(3)より中性下にてルミノール反応を生じさせる条件を見出し,赤血球個体レベルにおける溶血発生を可視化する実験系の基礎を築いた.

研究成果

• [雑誌論文] Computational study on thrombus formation regulated by platelet glycoprotein and blood flow shear (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kamada, Yohsuke Imai, Masanori Nakamura, Takuji Ishikawa, Takami Yamaguchi
  • 雑誌名: Microvascular Research 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spring-network based model of a red blood cell for emulating a meso-scopic blood flow (2012)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakamura, Sadao Bessho, Shigeo Wada
  • 雑誌名: International Journal for Numerical Methods in BiomedicalEngineering 巻: 293 ページ: 114-128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational analysis on the mechanical interaction between a thrombus and red blood cells: Possible causes of membrane damage of red blood cells at microvessels (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kamada, Yohsuke Imai, Masanori Nakamura, Takuji Ishikawa, Takami Yamaguchi
  • 雑誌名: Medical Engineering and Physics 巻: 34 ページ: 1411-1420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational fluid dynamics of blood flow in an extracorporeal blood circuit for the analysis of thrombogenic hemodynamic factors (2011)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakamura, Haruka Takimoto, Shigeo Wada
  • 巻: 6
  • ページ: 89-100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational study on effect of stenosis on primary thrombusformation (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kamada, Kenichi Tsuobta, Masanori Nakamura, Shigeo Wada, Takuji Ishikawa, Takami Yamaguchi
  • 雑誌名: Biorheology 巻: 48 ページ: 99-114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulations of pore formation dynamics during the rupture process of a phospholipid bilayer caused by high-speed equibiaxial stretching (2011)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koshiyama, Shigeo Wada
  • 雑誌名: Journal of Biomechanics 巻: 44 ページ: 2053-2058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proposed spring network cell model based on a minimum energy concept (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Ujihara, Masanori Nakamura, Hiroshi Miyazaki, Shigeo Wada
  • 雑誌名: Annals of Biomedical Engineering 巻: 38 ページ: 1530-1538
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of the initial orientation of actin fibers on global tensile properties of cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Ujihara, Masanori Nakamura, Hiroshi Miyazaki, Shigeo Wada
  • 雑誌名: Journal ofBiomechanical Science and Engineering 巻: 5 ページ: 515-525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mesoscopic blood flow simulation considering hematocrit-dependent viscosity (2010)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakamura, Shigeo Wada
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science andEngineering 巻: 5 ページ: 578-590
  • 査読あり
• [雑誌論文] 非定常高せん断流れ場における変形挙動を再現する赤血球モデルの構築 (2010)
  • 著者名/発表者名: 別所貞雄,中村匡徳,和田成生
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集B編 巻: 76 ページ: 2118-2126
  • 査読あり
• [学会発表] 力学的要因による溶血現象の解明に向けた赤血球膜破断の分子動力学シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 重松大輝,越山顕一朗,和田成生
  • 学会等名: 第23回バイオフロンティア講演会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 20121005-06
• [学会発表] 赤血球変形の解析による溶血シミュレータ構築への取り組み (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村匡徳
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度次大会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 20120909-12
• [学会発表] Deformation Analysis of a Red Blood Cell for the Development of Hemolysis Simulator (2012)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakamura, Shigeo Wada
  • 学会等名: 10th World Congress of Computational Mechanics
  • 発表場所: Sao Paulo, Brazil
  • 年月日: 20120708-13
• [学会発表] Numerical Analysis of the Deformation of Red Blood Cell (2012)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakamura, Shigeo Wada
  • 学会等名: The 15th International Symposium on Flow Visualization
  • 発表場所: Minsk, Belarus
  • 年月日: 20120625-28
• [学会発表] 医療応用を念頭においた生体流動シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村匡徳
  • 学会等名: 第8回機械学会研究分科会JWFS
  • 発表場所: 静岡
  • 年月日: 20120116-17
• [学会発表] 医療支援に向けた血流シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村匡徳
  • 学会等名: 旭川医科大学第2回教育研究推進センター講演会
  • 発表場所: 旭川
  • 年月日: 2012-08-20
• [学会発表] 赤血球流動の計算と可視化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村匡徳
  • 学会等名: 第50回CG・可視化研究会
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2012-01-18
• [学会発表] Does fluid shear stress represent the degree of a red blood cell deformation? (2011)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakamura, Shigeo Wada
  • 学会等名: VIPImage
  • 発表場所: Portugal
  • 年月日: 20111012-14
• [学会発表] Deformation analysis of a red blood cell for the development of hemolysis simulator (2010)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakamura, Sadao Bessho, Shigeo Wada
  • 学会等名: 6th World Congress of Biomechanics
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100801-06
• [学会発表] 赤血球の硬さが微小循環血流に与える影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村匡徳,田中雄大,別所貞雄,和田成生
  • 学会等名: 第15回計算工学講演会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 20100526-28
• [図書] (2012)
  • 著者名/発表者名: Masao Tanaka, Shigeo Wada, Masanori Nakamura
  • 総ページ数: 87-177
  • 出版者: Computational Biomechanics, Springer
• [図書] 大阪大学出版会,臨床医工学スキルアップ講座 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村匡徳,和田成生
  • 総ページ数: 208-219
  • 出版者: 血流シミュレーション