研究課題
本研究では，リモデリングによる骨の機能的適応現象に着目し，微視的な細胞活動から巨視的な骨構造変化までを統一的に理解するための理論的枠組みの構築を目指している．本年度は，骨細胞の力学刺激感知過程における細胞周囲マトリックスの影響を解析するとともに，骨系細胞間の代表的なシグナル伝達系を考慮した骨リモデリングの数理モデルを構築し，力学環境に応じた骨形態変化についてシミュレーションによる検討を行った．以下に，本年度中の主な研究実施内容と，得られた成果をまとめる．１．細胞周囲マトリックスが流れによる骨細胞突起変形に及ぼす影響骨細管内における骨細胞突起の周りには，細胞周囲マトリックスとして多数の高分子鎖が存在し，間質液の力学的挙動に影響を及ぼす．そこで，多孔質や繊維質中の粘性流体の流れを表現可能なBrinkman方程式を流れの支配方程式として用い，その影響を考慮した．流体解析手法として格子ボルツマン法を適用し，前年度に構築した細胞突起モデルとを組み合わせ，間質液と細胞突起との流体―構造連成解析を行った．その結果，細胞周囲マトリックスの分布が密なほど，間質液の流れに対する抵抗が増大するため，骨細胞突起の変形は著しく低下することが示された．２．シグナル伝達系を考慮した骨リモデリング数理モデルの構築骨リモデリング過程において，骨吸収を担う破骨細胞と骨形成を担う骨芽細胞とは，細胞間接触にともなうシグナル伝達を介して，連携的に互いの分化を調節している．そこで，骨系細胞の分化制御に重要な役割を担うRANK-RANKLシグナル伝達系を考慮した骨リモデリングの数理モデルを提案し，単体骨梁に対するリモデリングシミュレーションを行った．その結果，骨系細胞の分化にともない細胞膜上のRANKL発現量が継時変化することにより，骨吸収と骨形成とを周期的に繰返す骨リモデリングサイクルを再現することができた．
24年度が最終年度であるため、記入しない。
すべて 2013 2012
すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) 図書 (1件)
Integrative Biology
巻: 4 (10) ページ: 1198-1206
DOI:10.1039/c2ib20092a
