細胞動態に基づく骨質解析機能を有する骨粗鬆症治療シミュレーションシステムの開発

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本研究では、細胞動態と、多様な作用機序による薬剤効果を表現した骨代謝・治療数理モデルを構築し、骨代謝疾患に対する薬剤投与シミュレーションにより骨密度・骨質に対する薬剤効果を理解・予測可能な技術を創成することを目的としている。本年度は、前年度までに構築した骨代謝・治療数理モデルを使用し、骨粗鬆症に対する薬剤投与シミュレーションを試みた。まず、ブタ大腿骨の大腿骨頭内から海綿骨を採取した。その際、荷重部直下を主たる圧縮場と考え、ここから海綿骨を採取した。海綿骨のX線マイクロCT画像を撮像し、再構成することで高解像度のイメージベースト有限要素モデルを構築した。この海綿骨モデルの構造異方性を解析し、構造主軸方向を決定した。この構造主軸方向に圧縮主応力が作用しているものと想定し、構造主軸方向に３軸圧縮を与える有限要素解析の境界条件を設定した。これにより、生体骨のイメージベーストモデルを用いた薬剤投与シミュレーションを行うシステムが構築された。生体骨を用いた薬剤投与シミュレーションを実施するための準備として、大腿骨頭海綿骨モデルに対する骨代謝シミュレーションを行った。その結果、加齢による骨粗鬆症における骨量減少の推移を再現することができた。さらに、この加齢条件に対して、抗RANKL抗体薬投与シミュレーションを実施した。その結果、投薬による骨密度低下の抑制効果、および、投薬中止による骨密度の低下を、再現可能であった。