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2017 年度 実績報告書

血管壁破壊現象と内部構造の同時・直接観察による破壊メカニズム解明の試み

研究課題

研究課題/領域番号 26709002
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

杉田 修啓  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20532104)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワードバイオメカニクス / 細胞・組織 / 血管壁 / 破壊メカニズム / コラーゲン / エラスチン
研究実績の概要

今年度は,始めに壁内のコラーゲン線維とエラスチン線維の結合度が,血管壁の破壊にどの程度影響を与えるかを検証した.計算機上でこれら線維のネットワークモデルを作製し,エラスチン線維とコラーゲン線維の結合度による線維内の最大応力分布の変化を調べた.しかし,実際の結合可能数を考慮しても,血管壁破壊箇所への影響はほぼない結果であり,エラスチンの破壊への影響は低いことが示唆された.そこで,顕微鏡下で2軸引張破壊試験を行い,破壊前後で多光子顕微鏡下観察によるコラーゲン線維の配向具体を調べた.その結果,破壊開始点では,コラーゲン分布密度が低い点に加え,層間の線維の蛇行度の差が大きい傾向があった.即ち,血管半径方向を含む面内せん断がこの領域で大きく,3次元的なひずみが大きいことが原因で破壊開始点となりやすい可能性が示唆された.
また,本年度の目的の1つとした,多光子顕微鏡下での圧力負荷破裂試験装置を作製し,顕微鏡下で全ての円周方向の壁内構造を観察しながら圧力負荷をする実験系を確立できた.これにより,これまで背中側と腹側で血管壁の剛性が異なるとされてきた原因の1つにコラーゲン線維の蛇行度の差異があることがわかった.また,正常血管でも血管壁内はこれまでに予想されていなかったような変形をしていることがわかった.しかし,計画により作製した大動脈瘤モデル動物の血管壁は脆弱化しておらず,本試験法を大動脈瘤に適用するには至らなかった.この点については,今後のプロジェクトで検討していきたい.
一方,コラーゲンのサブタイプを顕微鏡下で判定する手法は,1本のコラーゲン線維であればtype IとType IIIコラーゲンを定量的に評価できそうな結果が得られた.引き続き既存法である生化学的な手法との比較により,本手法の信頼性を検証しており,有効性が認められれば,簡便なコラーゲン線維成分分析法が確立できると考える.

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Local distribution of collagen fibers determines crack initiation site and its propagation direction during aortic rupture2018

    • 著者名/発表者名
      Sugita Shukei、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      巻: 17 ページ: 577~587

    • DOI

      10.1007/s10237-017-0979-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiphoton microscopy observations of 3D elastin and collagen fiber microstructure changes during pressurization in aortic media2017

    • 著者名/発表者名
      Sugita Shukei、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      巻: 16 ページ: 763~773

    • DOI

      10.1007/s10237-016-0851-9

    • 査読あり
  • [学会発表] Microscopic deformation of the aorta during pressurization based on SHG and two-photon microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      S. Sugita, Masaya Katoh, Masanori Nakamura, and T. Matsumoto
    • 学会等名
      The 8th World Congress of Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] コラーゲン線維の蛇行度を考慮した血管壁の構成法則 -大動脈瘤破裂予測に向けて-2018

    • 著者名/発表者名
      今岡健汰朗,中村匡徳,杉山由恵,杉田修啓
    • 学会等名
      ライフサポート学会第27回フロンティア講演会
  • [学会発表] Deformation of elastin and collagen fibers in the aortic media due to changes in pressure2017

    • 著者名/発表者名
      S. Sugita, T. Matsumoto
    • 学会等名
      XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] 第二次高調波発生光によるコラーゲン線維のType I-Type III割合の定量化2017

    • 著者名/発表者名
      鈴村拓也,杉田修啓
    • 学会等名
      日本機械学会 第28回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] 血管壁破壊に対するエラスチン線維とコラーゲン線維の結合の影響2017

    • 著者名/発表者名
      岡田成右,中村匡徳,松本健郎,杉田修啓
    • 学会等名
      日本機械学会 第28回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] 血管の二光子顕微鏡下全周観察装置の開発と内圧負荷時のコラーゲン線維観察への適用2017

    • 著者名/発表者名
      加藤雅也,杉田修啓
    • 学会等名
      日本機械学会 第30回バイオエンジニアリング講演会
  • [備考] 名古屋工業大学 医用生体工学研究室 研究紹介

    • URL

      http://biomech.web.nitech.ac.jp/research/research.html

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公開日: 2018-12-17  

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