Mechanical evaluation for articular cartilage based on molecular and crystal scaled structural analysis by Raman imaging

基于拉曼成像分子和晶体尺度结构分析的关节软骨的力学评估

• 批准号: 21K03744
• 负责人: 東藤 正浩
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03744/
• 关键词: 生物・生体工学; 生体分子; 医療・福祉; 関節軟骨; ラマン分光

関節軟骨の疾患である変形性関節症（Osteoarthritis: OA）は，日々の生活や外傷などによる過剰な力学的負荷が原因で発症する．高齢化が進む中で，この病態を十分に把握し，適切な診断を行うことが求められている．ラマン分光法は，光と分子振動の相互効果を利用した手法である．水分の影響を受けにくく，有機・無機両成分の成分解析を非侵襲的に解析できるという特徴をもつ．ラマンスペクトルには，測定対象の分子の種類，振動のモードがピークとして表れる．また，応力により分子間結合の強さが変化することで振動数が変化することから, ラマンシフトも変化する.本研究では，ラマンイメージングによる分子・結晶スケール構造解析に基づく関節軟骨力学機能評価法を目的とした．軟骨基質内のコラーゲン，プロテオグリカン，ミネラル結晶レベルのラマン分光構造解析手法を確立するため，各成分の力学挙動観察を可能とする圧縮負荷時ラマンイメージングによる関節軟骨分子スケール力学解析手法の開発を行った．まず，関節軟骨表面から圧縮負荷をかけ、その表面からラマンシフトを観察することを目的とし，軟骨の圧縮方向からラマンスペクトルを観察可能な装置を新たに作製した．試験片は作動実験用のメラニンスポンジおよび本試験用のブタ膝関節軟骨とした．また変性軟骨を再現するためにトリプシン溶液で変性させて試料を作製した．また計測結果の解析時間の低減のため，ラマンスペクトルからピーク情報を自動的に抽出するプログラムを作成し，大幅な解析時間短縮を実現した．本手法により，軟骨の成分の情報のみならず，その構造状態も分析することが可能あること，また健常および変性軟骨のラマンスペクトルの差を観察することが可能となり，軟骨変性の診断の可能性を確認することができた．

Osteoarthrosis (OA) is a disease of articular cartilage caused by stress and trauma. The high level of change is in the middle of the process, and the disease is very well grasped. The appropriate diagnosis is carried out. Light and molecular vibration interaction Water content is affected by moisture, organic and inorganic components are analyzed, non-invasive components are analyzed, and characteristics are detected. To determine the molecular type of the object, the vibration of the object is determined. The number of vibrations in the molecular bond is changed. The aim of this study is to evaluate the mechanical function of articular cartilage by molecular crystal structure analysis. Cartilaginous matrix in the matrix of the crystal structure analysis method to establish, each component of the mechanical dynamic observation, possible compression load time, mechanical analysis method to develop articular cartilage molecules. For example, the articular cartilage surface compression load can be detected, the surface compression load can be detected, and the cartilage compression direction can be detected. The test piece is used to test the knee cartilage. The test sample was prepared from a mixture of soft tissue and soft tissue. The analysis time of the measurement result is reduced, and the analysis time is greatly shortened. This technique provides information on the composition of cartilage, analyses the structural state of cartilage, and examines the possibility of diagnosing cartilage properties.

项目成果

ラマン分光法による膝関節軟骨圧縮挙動計測法の検討

拉曼光谱测量膝关节软骨压缩行为的方法研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Umezawa Osamu;Li Weibo;清水孝通，東藤正浩
• 通讯作者: 清水孝通，東藤正浩

Assessing the friction properties of synovial joint lubrication by tracking pendulum motion

通过跟踪摆运动评估滑膜关节润滑的摩擦特性

• DOI: 10.1299/jbse.22-00199
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Biomechanical Science and Engineering
• 作者: SAKAI Yuma;TODOH Masahiro
• 通讯作者: TODOH Masahiro

振り子試験における関節瞬間中心の算出と摩擦特性評価

摆锤试验中关节瞬时中心计算及摩擦特性评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 酒井佑実;東藤正浩
• 通讯作者: 東藤正浩

Friction properties of synovial joint lubrication by tracking pendulum motion

通过跟踪摆运动来研究滑膜关节润滑的摩擦特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuma Sakai;Masahiro Todoh
• 通讯作者: Masahiro Todoh