Exploring detailed mechanism of in vivo superlubricity exerted by synergy of highly-hydrated soft matter and biological molecules including hyaluronan, lipids and proteins

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往復動摩擦試験機によるハイドロゲル軟骨モデルの摩擦評価では，柔軟な表層を仮定した弾性流体潤滑理論を用い，各速度条件下において摩擦面間に形成される理論膜厚を求め，タンパク質，ヒアルロン酸（HA），リン脂質（DPPC）の各成分およびその混合による摩擦の増減との関係を整理した．その結果，タンパク質は流体膜が薄膜化すると軟骨モデル表面に凝着・変成し，摩擦係数を増加させるものの，十分な厚さの流体膜が形成されると摩擦係数を減少させた．一方DPPCは薄膜条件下では摩擦表面に脂質膜を形成し摩擦係数を低減させるものの，流体膜厚が増加すると摩擦低減効果が失われた．HAは，高速域では増粘作用に伴う流体潤滑効果，低速域では表面間の凝着を抑制する境界潤滑効果の，二つの異なるメカニズムにより摩擦を低減し，HAとDPPCを混合することで，薄膜条件下において極めて優れた境界潤滑効果を発揮することを明らかにした．汎用有限要素解析ソフトABAQUSを用い，前述の往復動摩擦試験における，ハイドロゲル軟骨モデルの固液二相潤滑効果について解析を行った．その結果，最も低速な滑り速度1 mm/sの条件下においても，軟骨モデル内部の間質水が一定の荷重支持を担っており，摩擦係数低減に寄与していることが示唆された．生きた軟骨細胞を内包するアガロース軟骨モデルについては，培養後のモデル内に産生・蓄積されたグリコサミノグリカン（GAG）量を定量評価し，培養中に周期的な圧縮変形負荷を加えることで，GAG量が増加することを確認した．またレオメータベースのパラレルプレート式摩擦試験機により得られた結果に対し，Gongらにより提案された凝着摩擦モデを適用して摩擦特性を表す複数のパラメータを抽出し，モデル内のGAG量との相関を解析した．その結果，GAG量の増加により軟骨モデル／ガラス平板間の凝着は抑制されることが示唆された．