骨細胞ネットワークの形態異方性にもとづくスマート材料の提案

本年度の成果は次のように要約される.1) 細胞間ネットワークの力学刺激感知・情報伝達挙動に対する確率モデルの導入実際の骨細胞の力学刺激感知感度および骨細胞ネットワークにおける隣接骨細胞への伝達情報量には,大きなばらつきが存在すると考えられる.そこで,前年度に構築した形態異方性を考慮した力学刺激感知・情報伝達モデルに確率モデルを導入した.これにより,骨形成・骨吸収の閾値と不感帯が数理モデル上で表現可能となった.2) 各階層を貫く数理的枠組みの構築以上で構築した骨リモデリング現象の各階層での力学挙動・相互作用モデルを組み込んで,微視的な細胞ネットワークによる力学刺激感知(センサ)・情報伝達(プロセッサ)から,細胞活動による巨視的な骨構造リモデリング(アクチュエータ)までの全階層を貫く骨リモデリングのマルチスケール力学的数理モデルを構築した.3) 皮質骨・海綿骨における骨梁・細胞間ネットワーク構造の3次元観察ブタ大腿骨を用いて,3次元マイクロCTスキャン及び共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いて,皮質骨および海綿骨における骨梁・細胞間ネットワーク実構造を観察した.4) 骨再生/リモデリングシミュレーション 3)で観察した実構造を対象として,2)で構築したマルチスケール数理モデルを用いて,骨再生/リモデリングシミュレーションを行い,細部のパラメータを訂正する.これにより,骨再生/リモデリングの精密な数理モデルを完成させた.

本年度の成果は次のように要約される.1) 細胞間ネットワークの力学刺激感知・情報伝達挙動に対する確率モデルの導入実際の骨細胞の力学刺激感知感度および骨細胞ネットワークにおける隣接骨細胞への伝達情報量には,大きなばらつきが存在すると考えられる.そこで,前年度に構築した形態異方性を考慮した力学刺激感知・情報伝達モデルに確率モデルを導入した.これにより,骨形成・骨吸収の閾値と不感帯が数理モデル上で表現可能となった.2) 各階層を貫く数理的枠組みの構築以上で構築した骨リモデリング現象の各階層での力学挙動・相互作用モデルを組み込んで,微視的な細胞ネットワークによる力学刺激感知(センサ)・情報伝達(プロセッサ)から,細胞活動による巨視的な骨構造リモデリング(アクチュエータ)までの全階層を貫く骨リモデリングのマルチスケール力学的数理モデルを構築した.3) 皮質骨・海綿骨における骨梁・細胞間ネットワーク構造の3次元観察ブタ大腿骨を用いて,3次元マイクロCTスキャン及び共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いて,皮質骨および海綿骨における骨梁・細胞間ネットワーク実構造を観察した.4) 骨再生/リモデリングシミュレーション 3)で観察した実構造を対象として,2)で構築したマルチスケール数理モデルを用いて,骨再生/リモデリングシミュレーションを行い,細部のパラメータを訂正する.これにより,骨再生/リモデリングの精密な数理モデルを完成させた.