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2023 年度 実績報告書

血管組織内微視的力学場の定量による瘤発生機構解明と力学環境操作による病理応答制御

研究課題

研究課題/領域番号 22H00584
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

中村 匡徳  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)

研究分担者 八木 高伸  早稲田大学, 理工学術院, 主任研究員(研究院准教授) (00468852)
杉田 修啓  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20532104)
片岡 大治  国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 部長 (40359815)
青木 友浩  国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (40633144)
氏原 嘉洋  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80610021)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2027-03-31
キーワード脳動脈瘤 / 組織反応 / 微視的力学場
研究実績の概要

脳動脈瘤とは,脳血管の局所的なコブである.脳動脈瘤の発生仮説として,本研究では「血管組織内力学場の異常変化が脳動脈瘤の真因である」という新仮説『構造説』を立てた.本研究では,計算科学と生物科学を一体化させた新たな方法論をもとに『構造説』の実証を目指す.
2023年度では以下(1)~(4)の研究を行った。(1)ラットから単離した血管平滑筋細胞に流れを負荷しながら培養した。結果を見ると、平滑筋細胞のphenotypeマーカであるCalponinとMoesinが共に上昇した。これは、平滑筋細胞が収縮性と合成性を併せ持つようなphenotypeに変化することを示しており、過去の報告にはないものである。(2)ラットから取り出した大動脈に流れをかけて12時間培養する実験を行った。これにより、細胞外マトリクスを分解するMMP2と9が上昇することを期待していたが、全く上昇は認められなかった。このことから、壁面せん断応力では血管組織の破壊は起こらず、血管壁内応力が脳動脈瘤の発生に影響している可能性が示唆された。(3)超音波顕微鏡の計測法の確立を行った。データ不安定を削減し、再現性の高い計測プロトコルの作成した。また、濃度を変えたコラーゲンゲルに対して、超音波顕微鏡と原子間力顕微鏡による計測を行い、音響インピーダンスとヤング率との相関関係式を導出した。(4)ラット大動脈分岐部にエラスターゼで動脈瘤を誘発し、若齢(10-20wk)と老齢(70wk以上)で血管形態や組織性状を比較した。両群(術後1週間、若齢・老齢)において肥厚壁と菲薄壁が共存するような所見が認めれた。また、老齢に限り血管壁の破綻による血餅が確認できた。これは、老化による物性低下または修復機能低下が原因と考えられた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

血管組織における力学場の解析は十分進んでおり問題ない。超音波顕微鏡の校正に時間がかかっており、その点で物性計測がやや遅れているが、やり方については目途が立っている。

今後の研究の推進方策

血管組織の物理特性の定量化と力学刺激に対する血管組織の反応解析を本年度の主ターゲットとする。血管組織の物理特性の定量化においては、超音波顕微鏡により計測される音響インピーダンスデータをヤング率などの物理特性に変換するための式の精緻化に励む。また、原子間力顕微鏡を入手したので、それを用いて、本研究が対象とするOA-ACA血管部の組織の物理特性計測を試みる。特にここでは、OA-ACAに存在するintimal padに焦点を当てる。一方、力学刺激に対する血管組織の反応解析では、血管組織に流れや伸張などを付与しながら生体外培養することで、組織の反応を調べる実験を行う。解析では、CalponinやMoesinを調べることで平滑筋細胞のphenotype変化を明らかにするとともに、extra cellular matrixを分解するMMP2と9の発現が増強するのかどうかについてreal-PCRで調べる。血管組織の実験についても、昨年度行った実験を継続し、菲薄壁が維持されるか否かを確認するとともに、菲薄壁と肥厚壁のひずみの違いを定量的に調べる。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] C5a-C5AR1 axis as a potential trigger of the rupture of intracranial aneurysms2024

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Okada, Kampei Shimizu, Akitsugu Kawashima, Tomomichi Kayahara, Masahiko Itani, Hiroki Kurita, Susumu Miyamoto, Hiroharu Kataoka, Tomohiro Aoki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 ページ: 3105

    • DOI

      10.1038/s41598-024-53651-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Three-dimensional wall-thickness distributions of unruptured intracranial aneurysms characterized by micro-computed tomography2024

    • 著者名/発表者名
      Yasutaka Tobe, Takanobu Yagi, Koichi Kawamura, Kenta Suto, Yoichi Sawada, Yoshifumi Hayashi, Hirotaka Yoshida, Kazutoshi Nishitani, Yoshifumi Okada, Shigemi Kitahara, Mitsuo Umezu
    • 雑誌名

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      巻: N/A ページ: N/A

    • DOI

      10.1007/s10237-024-01835-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Second harmonic generation signal imaging of the membrane damage due to electroporation2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M, Takagi R, Wada H, Shinoda Y, Ujihara Y, Sugita S, Shigematsu T
    • 雑誌名

      Journal of Biorheology

      巻: 37 ページ: 145-154

    • DOI

      10.17106/jbr.37.145

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Longitudinal study of the mechanical properties of rat abdominal aortas incubated in ex vivo conditions2023

    • 著者名/発表者名
      Sugita S, Kawai H, Ujihara Y, Nakamura M:
    • 雑誌名

      Journal of Biorheology

      巻: 37 ページ: 36-43

    • DOI

      10.17106/jbr.37.36

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hypoxic microenvironment as a crucial factor triggering events leading to rupture of intracranial aneurysm2023

    • 著者名/発表者名
      Isao Ono, Tomomichi Kayahara, Akitsugu Kawashima, Akihiro Okada, Susumu Miyamoto, Hiroharu Kataoka, Hiroki Kurita, Akira Ishii, Tomohiro Aoki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 ページ: 5545

    • DOI

      10.1038/s41598-023-32001-z

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impact of morphological factors on the future growth of unruptured posterior communicating artery aneurysms.2023

    • 著者名/発表者名
      Tsutsui T, Ikedo T, Kitazawa Y, Otsuka R, Nishiwaki T, Kushi Y, Niwa A, Ozaki S, Yamamoto-Hattori E, Shimonaga K, Hamano E, Yamada K, Imamura H, Mori H, Iihara K, Kataoka H.
    • 雑誌名

      World Neurosurgery

      巻: 175 ページ: e897-e903

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2023.04.039

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Bioengineering of intracranial aneurysms: mechanism and prediction2024

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Yagi
    • 学会等名
      ACNS YNS webinar(
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ラット腹部大動脈の血管壁力学場の操作による組織学的応答に関する検討2024

    • 著者名/発表者名
      松居紗世,八木高伸,川村公一,小山達也,宗髙優翔,岩﨑清隆
    • 学会等名
      第 30 回日本機械学会関東支部
  • [学会発表] 菲薄壁と肥厚壁が共存するラット動脈瘤モデルの開発2024

    • 著者名/発表者名
      小山達也,八木高伸,松居紗世,宗髙優翔,岩﨑清隆
    • 学会等名
      第 30 回日本機械学会関東支部
  • [学会発表] On The Mechanisms Of Distal Stent Graft-Induced New Entry (D-SINE)2023

    • 著者名/発表者名
      Morodomi S, Okamura H, Ujihara Y, Sugita S, Nakamura M
    • 学会等名
      The 12th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] Distal SINE発症機序解明を目的とした大動脈力学場の解析2023

    • 著者名/発表者名
      師富真吏,氏原嘉洋,杉田修啓,岡村誉
    • 学会等名
      2023年度日本生体医工学会東海支部大会
  • [学会発表] Distal SINE発症機序解明に向けたステントグラフトの弾性的復元による大動脈壁内応力場の変化2023

    • 著者名/発表者名
      師富 真吏,岡村 誉,氏原 嘉洋,杉田 修啓,中村 匡徳,
    • 学会等名
      第62回日本生体医工学会大会
  • [学会発表] 壁面せん断応力が血管平滑筋細胞の表現型変化に与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      岩田 紗季,氏原 嘉洋,杉田 修啓,中村 匡徳
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第54回学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] 脳動脈瘤と炎症2023

    • 著者名/発表者名
      青木友浩
    • 学会等名
      第82回日本脳神経外科学会総会
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳動脈瘤発生を制御する因子としてのずり応力センサーP2RX4の同定2023

    • 著者名/発表者名
      井谷 理彦、小野 功朗、片岡 大治、荒川 芳輝、青木 友浩
    • 学会等名
      第82回日本脳神経外科学会総会
  • [学会発表] Ultrastructural modeling of wall-thinning and thickening process of intracranial aneurysms2023

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Yagi
    • 学会等名
      19th Interdisciplinary Cerebrovascular Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ラット腹部大動脈の血管壁力学場の操作による血管壁の菲薄化に関する検討2023

    • 著者名/発表者名
      松居紗世,八木高伸,川村公一,小山達也,小谷優太,岩﨑清隆
    • 学会等名
      第 46 回バイオレオロジー学会

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公開日: 2024-12-25  

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