機能性材料のモデルとしての血管平滑筋細胞の力学特性計測に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450040
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 松本 健郎 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (30209639)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長山 和亮 名古屋工業大学, 工学研究科, 助手 (10359763)
• Keywords: バイオメカニクス / 細胞力学 / 細胞骨格 / 細胞小器官 / 顕微鏡 / 力学的適応反応

Research Abstract

血管平滑筋細胞は,収縮・弛緩により血管径を変化させるほか,コラーゲンなど細胞外基質を産生して壁を能動的に作り変えている.その収縮特性や物質産生は加えられる力学刺激に応じて変化し,例えば能動収縮を繰返すと収縮速度が上昇し,収縮状態で放置すると消費エネルギが減少するなど,アクチュエータとしても興味深い特徴を有する.そこで本研究ではラット胸大動脈平滑筋細胞の力学特性,収縮特性を単一細胞レベルで詳細に調べ,力学的刺激との関連を明らかにすることを目的として,3年間に亙る研究を進めてきた.これまで,正常血圧に比べてと高血圧のラット胸大動脈から得られた平滑筋細胞の弾性率が半分程度であること,正常血圧ラットの血管平滑筋細胞は弛緩状態に比べて収縮状態ではその初期弾性率は10倍近く上昇していることなどを見出した.最終年度である今年度は細胞の力学特性に大きな影響を与えると予想されるアクチンフィラメントを染色し,その量と力学特性の関係を調べた.まず,正常血圧ラット胸大動脈より単離した直後の平滑筋細胞(FSMC)およびこれを継代培養した49代目の細胞(CSMC)を対象とし,それぞれを細胞用引張試験機で引張試験して力学特性を求めた.また,ローダミン・ファロイジンでアクチンフィラメントの構成成分であるFアクチンを蛍光染色し,両者のフィラメント量の違いを調べた.初期弾性率は,FSMCで11kPa程度(n=8)であったのに対し,CSMCでは2.6kPa程度(n=10)であった.FSMCではFアクチンが細胞全体に強く染色され,個々のフィラメントは識別不可能であったのに対し,培養細胞ではストレスファイバーが明瞭に識別され,明らかにアクチンフィラメント量は低下していた.このようなアクチンフィラメント量の違いが力学特性に差をもたらしたものと考えられる.今後は,細胞骨格が単離平滑筋細胞の力学特性に与える影響を定量的に計測する必要がある.

Research Products

• [Publications] Matsumoto T: "Residual Stress and Strain in the Lamellar Unit of the Porcine Aorta : Experiment and Analysis"J Biomechanics. (In press). (2004)
• [Publications] 長山 和亮: "細胞の力学特性計測のためのレーザ顕微鏡複合型原子間力顕微鏡(AFM)システムの開発"日本機械学会論文集C編. (In press). (2004)
• [Publications] Ozawa H: "Mechanical properties and function of the spinal pia mater"Journal of Neurosurgery : Spine. (In press). (2004)
• [Publications] 松本 健郎: "平滑筋収縮に伴う家兎動脈壁内ひずみ分布の変化 弾性動脈と筋性動脈の比較"日本機械学会論文集A編. 69・677. 37-42 (2003)
• [Publications] 杉田 修啓: "軸方向観察による血管壁の局所ひずみ分布計測"日本機械学会論文集A編. 69・677. 43-48 (2003)
• [Publications] Ohashi T: "Rupture Properties of Blood Vessel Walls Measured by Pressure-Imposed Test"JSME International Journal, Series C. 46・4. 1290-1296 (2003)
• [Publications] 松本 健郎: "構造工学ハンドブック(13.バイオ構造/13.2 マクロ構造/13.2.1(b)生体組織構造 血管構造)"丸善. 1070 (2004)