Study on mechanisms of the development of Joint disease focused on microstructure of articular cartilage

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K20682
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: 大澤 恭子 近畿大学, 生物理工学部, 助教 (30638193)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 関節軟骨 / 局所変形 / 有限要素解析

Outline of Annual Research Achievements

初年度は，タルボ干渉計を用いた放射光位相差CTシステムを用いて食用ブタの膝関節軟骨の内部の詳細な密度分布を計測し，微細構造に基づく軟骨力学モデルの入力データを蓄積した．2年目は，特に関節表面のより詳細かつ実際の関節で見られる変形挙動に近い局所的な組織特性のデータ取得に注力した．関節軟骨は本来，組織が連続的に繋がっており横断面に沿った側方変形を制限している．生体の関節では，軟骨表面全面に圧縮が作用するのではなく，一部の接触面に負荷される．初年度で実施した非拘束圧縮に比べ，導入した押し込み試験は軟骨の関節表面の一部を試験片直径よりも小径の圧子で押し込むため，圧子近傍の組織の連続性を保った非破壊な変形挙動の観察を可能とした．押し込みによる圧子周辺の組織のもり上がりが確認され，圧子直下の表面付近の僅かな密度上昇が見受けられた．3年目は周期的な圧縮負荷を与えている途中の変形挙動について，関節表面から軟骨下骨側までの縦断面におけるその密度分布変化を評価した．軟骨試験片の圧縮変形におけるひずみ速度依存性についても評価した．また，骨密度に基づく骨強度評価を可能とする有限要素解析を実行し，股関節表面に軟骨層を模した有限要素解析を実行したが，実際の股関節形状を模した軟骨層モデルでは，要素分割アルゴリズムの限界から軟骨層は１層しか再現できなかった．独自の関節軟骨モデルによる軟骨下骨そして骨部分の再現が課題となった．