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2015 年度 実績報告書

実験的に抽出された分子反応パラメータを導入したマラリア感染赤血球モデルの開発

公募研究

研究領域ナノメディシン分子科学
研究課題/領域番号 26107703
研究機関東北大学

研究代表者

今井 陽介  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (60431524)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワードバイオメカニクス / 計算力学 / リガンド‐レセプタ結合 / 細胞力学 / マラリア
研究実績の概要

マラリアに感染した赤血球は膜表面に接着タンパクを発現する.この分子反応の発現によりマラリア感染赤血球は微小血管内に接着し,周囲の赤血球を巻き込んだ組織レベルの微小循環障害を引き起こす.
細胞の力学と生化学を連立する計算力学モデルを開発し,接着分子の生化学特性とマラリア感染赤血球挙動の関係に対する大規模パラメトリック計算を実施した.まず単体のマラリア感染赤血球挙動の計算を実施し,次に,多数の正常赤血球と相互作用する微小循環内の挙動を計算することで総合的に検討を行った.血管内皮細胞上にTSPやCD36がレセプタとして存在している場合,マラリア感染赤血球は定常接着をすると報告されているが,このような定常接着は離脱頻度が1/s以下の場合に生じることを明らかにした.またレセプタとしてICAM-1が存在する場合,マラリア感染赤血球は回転運動をすることが知られているが,ICAM-1は結合に作用する力にほとんど依存しない結合特性を有することを明らかにした.
また,開発した計算力学モデルをより一般的なカプセル懸濁液のレオロジー解析や白血球・腫瘍細胞の流動・接着の問題に応用した.マラリアと同様,白血球の接着は生体防御において,腫瘍細胞の接着はがん転移において重要な過程であり,古くから血管壁面の「Rolling」や定常接着が調べられてきた.我々はセレクチンを発現した毛細血管内の細胞挙動を計算し,毛細血管径が細胞径より小さくなると,細胞は管の中央を移動する「Bullet」挙動を示すことを明らかにした.このときリガンド‐レセプタ結合によって細胞の移動速度は著しく減少し,レセプタ密度が十分低い領域においても定常接着とみなせるような速度となることを示した.

現在までの達成度 (段落)

27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

27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 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Massachusetts Institute of Technology
  • [国際共同研究] National University of Singapore(Singapore)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      National University of Singapore
  • [雑誌論文] Lateral migration of a capsule in a parabolic flow2016

    • 著者名/発表者名
      S. Nix, Y. Imai, T. Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: in press ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2015.11.038

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical methods for simulating blood flows at micro-, macro- and multi-scales2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Imai, T. Omori, Shimogonya, Y., T. Ishikawa, T. Yamaguchi
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: in press ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2015.11.047

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rheology of a dense suspension of spherical capsules under simple shear flow2016

    • 著者名/発表者名
      D. Matsunaga, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics

      巻: 786 ページ: 110-127

    • DOI

      10.1017/jfm.2015.666

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flow of a circulating tumor cell and red blood cells in microvessels2015

    • 著者名/発表者名
      N. Takeishi, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 92 ページ: 063011

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.92.063011

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Graphics processing unit computing of cellular flow and adhesion in microvessels2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Imai
    • 学会等名
      The 3rd International Workshops on Advances in Computational Mechanics
    • 発表場所
      KFC Hall & Rooms, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-10-13 – 2015-10-13
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Numerical Simulation of Cytoadhesion and Rosette Formation of Red Blood Cells Infected by Malaria2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Imai
    • 学会等名
      The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 発表場所
      Hokkaido University, Sapparo, Japan
    • 年月日
      2015-09-17 – 2015-09-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Viscosity Reduction in Bimodal Suspensions of Two Types of Capsules2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Imai
    • 学会等名
      13th U.S. National Congress on Computational Mechanics
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2015-07-29 – 2015-07-29
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-01-28  

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