2002 Fiscal Year Annual Research Report

骨組織・細胞の適応的メカニカルストレス応答の観察と力学構造形成手法への応用

Research Project

Project/Area Number	13750083
Research Institution	Kobe University
Principal Investigator	安達泰治神戸大学, 工学部, 助教授 (40243323)
Keywords	バイオメカニクス / 骨 / メカニカルストレス / 細胞骨格アクチンフィラメント / カルシウム応答 / 力学刺激応答 / メカノトランスダクション / リモデリング
Research Abstract	骨組織の適応的な再構築過程における力学環境変化の影響を明らかにするため,その素過程である細胞の活動に着目し,力学環境の変化が細胞活動に与える影響について検討した.特に,骨芽細胞内の細胞骨格アクチンフィラメントや細胞内カルシウムイオン濃度の変化は,他の様々な細胞内シグナリングカスケードの上流に位置しており,骨形成過程において重要な働きをしている. 細胞が力学的刺激を感知する機構の中でも,特に力学的刺激を細胞内部へと伝達する経路において重要な役割を果たしていると考えられているアクチンファイバーが,細胞内において配向した特徴的な構造を有していることに着目し,この構造的特徴が,力学的刺激の伝達機能に対して影響を与えているとの仮説の下で実験を行った. まず,サイトカラシンを用いて細胞内アクチンフィラメント構造を調整し,アクチン量の異なる細胞に対して,マイクロニードルを用いて変形を与えた結果,細胞内カルシウムイオン濃度の上昇が観察された.さらに,同じ刺激に対して,アクチンの量に応じてその応答確率が上昇することが示された. 次に,カルシウム蛍光指示薬であるFluo4とFura Redを用いたレシオメトリー法により,力学刺激に対する細胞内カルシウム濃度変化の定量的測定方法について検討した.また,観察領域を限定することにより,細胞のカルシウム応答を0.3秒間隔で追従することが可能となった.マイクロピペットの押し込みに対して,本手法を用いて細胞内カルシウム応答を観察したところ,ピペットの押し込み方向に対して,上流からカルシウムイオンが上昇し,それが細胞内に伝播していく様子が観察された. これらの結果は,分子レベルの複雑な微細構造からなる細胞内力学システム系における力学刺激感知能力を規範とする,新しいメカノセンサーメカニズムの開発へ向けた基礎的な考え方を与えるものと考えられる.また,骨の再生やリモデリングによる骨の構造形成過程における,骨芽細胞の活動に及ぼす力学的刺激の影響を探る基礎となるものである.

Research Products

(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] 坪田健一: "微小三点曲げ試験による骨梁の力学特性の評価"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 77-80 (2002)
[Publications] 安達泰治: "骨-ステム界面の応力一様化に基づく人工股関節ステムの形状決定シミュレーション"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 405-410 (2002)
[Publications] Ken-ichi Tsubota: "Functional Adaptation of Cancellous Bone in Human Proximal Femur Predicted by Trabecular Surface Remodeling Simulation toward Uniform Stress State"Journal of Biomechanics. 35・12. 1541-1551 (2002)
[Publications] Taiji Adachi: "Femoral Stem Shape Design of Artificial Hip joint Using a Voxel Based Finite Element Method"RIKEN Symposium on Conputational Biomechanics. 60-66 (2002)
[Publications] Katsuya Sato: "Directional Dependency of Sensing Characteristics to Mechanical Stimulus in Osteoblastic Cells"RIKEN Symposium on Computational Biomechanics. 67-76 (2002)
[Publications] Ken-ichi Tsubota: "Trabecular Remodeling Simulation of a Vertebral Body with a Fixation Screw Using Voxel Finite Element Models"RIKEN Symposium on Computational Biomechanics. 77-84 (2002)
[Publications] 林紘三郎: "生体組織・細胞のリモデリングのバイオメカニクス"コロナ社. 199 (2003)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

骨組織・細胞の適応的メカニカルストレス応答の観察と力学構造形成手法への応用

Principal Investigator

安達 泰治 神戸大学, 工学部, 助教授 (40243323)

Research Products

[Publications] 坪田 健一: "微小三点曲げ試験による骨梁の力学特性の評価"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 77-80 (2002)

[Publications] 安達 泰治: "骨-ステム界面の応力一様化に基づく人工股関節ステムの形状決定シミュレーション"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 405-410 (2002)

[Publications] Ken-ichi Tsubota: "Functional Adaptation of Cancellous Bone in Human Proximal Femur Predicted by Trabecular Surface Remodeling Simulation toward Uniform Stress State"Journal of Biomechanics. 35・12. 1541-1551 (2002)

[Publications] Taiji Adachi: "Femoral Stem Shape Design of Artificial Hip joint Using a Voxel Based Finite Element Method"RIKEN Symposium on Conputational Biomechanics. 60-66 (2002)

[Publications] Katsuya Sato: "Directional Dependency of Sensing Characteristics to Mechanical Stimulus in Osteoblastic Cells"RIKEN Symposium on Computational Biomechanics. 67-76 (2002)

[Publications] Ken-ichi Tsubota: "Trabecular Remodeling Simulation of a Vertebral Body with a Fixation Screw Using Voxel Finite Element Models"RIKEN Symposium on Computational Biomechanics. 77-84 (2002)

[Publications] 林 紘三郎: "生体組織・細胞のリモデリングのバイオメカニクス"コロナ社. 199 (2003)

安達泰治神戸大学, 工学部, 助教授 (40243323)

[Publications] 坪田健一: "微小三点曲げ試験による骨梁の力学特性の評価"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 77-80 (2002)

[Publications] 安達泰治: "骨-ステム界面の応力一様化に基づく人工股関節ステムの形状決定シミュレーション"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 405-410 (2002)

[Publications] 林紘三郎: "生体組織・細胞のリモデリングのバイオメカニクス"コロナ社. 199 (2003)