関節軟骨のトライボロジー機能構造構築のマイクロバイオメカニクス

关节软骨摩擦功能结构构建的微生物力学

• 批准号: 16760111
• 负责人: 澤江 義則
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760111/
• 关键词: 再生軟骨; 潤滑機能; 力学的負荷; 細胞外マトリックス; トライボロジー; 構造化; 物質輸送; 関節軟骨; 軟骨細胞; 潤滑; メカノトランスダクション; II型コラーゲン; プロテオグリカン

本研究は,軟骨組織内に生じる圧縮・せん断ひずみや応力分布に着目し,力学的負荷により生じる組織内物質輸送や,それに伴う軟骨細胞の代謝応答,産生された細胞外マトリックス成分の自己組織化等が,軟骨表層部へのトライボロジー機能構造の構築に大きな役割を果たすと仮定し,その詳細なメカニズムを探ることを目的とする.本年度は,作成したCO_2インキュベータ内設置型二軸負荷装置を用い,スキャホールド内において三次元培養中の単離軟骨細胞に力学的負荷を与える負荷培養実験を行った.一連の実験では,培養後の再生軟骨モデルについて,1)産生されたプロテオグリカンおよびII型コラーゲン量の定量評価,2)プロテオグリカンおよびII型コラーゲンによる組織構造形成の形態的評価,3)接線弾性率および平衡弾性率の計測を行い,培養中に加えられた力学的負荷の影響を評価すると共に,トライボロジー機能構造構築との関連を考察した.実験の結果,培養15日目において負荷群の再生軟骨モデルに含まれるプロテオグリカンおよびII型コラーゲン量は,負荷を与えなかったコントロール群と比較し有意に多くなっており,培養中に加えられた周期的負荷は軟骨細胞によるECMの産生を促進することが確認された,また負荷群の接線弾性率は培養15日目においてコントロール群と比較し優位に高くなっており,負荷培養によるECM産生の促進が力学機能発現に寄与することが明らかとなった.形態観察の結果,II型コラーゲンは細胞周辺に密な組織構造を形成するのに対し,潤滑機能を有すると思われるプロテオグリカンはスキャホールド内に広く拡散しており,潤滑機能を有する表面ゲル層形成の可能際が示唆された.これは平行して行った物質拡散実験において,分子量の小さい糖はアガロース内を容易に拡散するのに対し,プロコラーゲンと同等の大きさの物質は拡散速度が小さかったことからも裏付けられた.

这项研究的重点是在软骨组织内发生的压缩，剪切应变和应力分布，并假设由机械负荷引起的组织中物质的运输，软骨细胞的代谢反应以及产生的细胞外基质成分的自组件在摩擦式构造中的主要作用在表面上的摩擦学功能结构中起主要作用。今年，我们使用CO_2孵化器中安装的创建的双轴加载设备，旨在探索支架内的详细机制。进行了负载培养实验，以在原始培养物中对分离的软骨细胞施加机械负荷。在一系列实验中，我们进行了一系列实验，以评估蛋白聚糖量和产生的II型胶原蛋白的数量的定量评估，2）蛋白聚糖和II型胶原蛋白的形态学评估，3）在蛋白聚糖中的形成，3）3）在切线弹性和平衡弹性弹性效应的效果以及培养效应的效果，并在弹性中的效应，以及弹性的效应，并构成了效应的效果，并构成了效应的效果。功能结构。 As a result, the amount of proteoglycans and type II collagen contained in the regenerative cartilage model of the loading group on day 15 of culture was significantly higher than that of the control group that was not given load, and it was confirmed that the periodic load applied during culture promotes the production of ECM by chondrocytes, and the tangential elastic modulus of the loading group was higher than that of the control group on day 15 of culture, and it was很明显，通过加载培养物来促进ECM产生有助于机械功能的表达。结果很明显。形态学观察结果表明，II型胶原蛋白在细胞周围形成密集的组织结构，而似乎具有润滑功能的蛋白聚糖在支架内广泛扩散，这表明可以实现具有润滑功能的表面凝胶层的形成。这也得到了以下事实的支持：在平行材料扩散实验中，低分子量的糖很容易在琼脂糖内扩散，而与procollagen相同的物质具有较小的扩散速率。

项目成果

Micro-Biomechanics of Material Transport and Structuration in Mechanically Loaded Biological Tissue

机械负载生物组织中物质传输和结构的微生物力学

• 发表时间: 2005
• 期刊: Annual Report of the Faculty of Engineering Kyushu University 2004
• 作者: J.Hiraki;V.Turq;J.Hiraki;J.Hiraki;H.Kinoshita;H.Kinoshita;Yoshinori Sawae
• 通讯作者: Yoshinori Sawae

Confocal Analysis of Local and Cellular Strains in Chondrocyte-Agarose Constructs Subjected to Mechanical Shear

机械剪切作用下软骨细胞-琼脂糖结构中局部和细胞应变的共聚焦分析

• 发表时间: 2004
• 期刊: Annals of Biomedical Engineering 32
• 作者: J.Hiraki;V.Turq;J.Hiraki;J.Hiraki;H.Kinoshita;H.Kinoshita;Yoshinori Sawae;Yoshinori SAWAE et al.;Y.Sawae et al.
• 通讯作者: Y.Sawae et al.

Influence of Proteoglycan on Time-Dependent Mechanical Behaviors of Articular Cartilage under Constant Total Compressive Deformation

恒定总压缩变形下蛋白多糖对关节软骨随时间变化的力学行为的影响

• 发表时间: 2004
• 期刊: JSME International Journal, Series C Vol.47
• 作者: Michitosh;i Watanabe;Tatsuo;Ushiki;Y.Awaguchi;Teruo MURAKAMI et al.
• 通讯作者: Teruo MURAKAMI et al.

The Influences of Lipid and Protein Concentration on Wear of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene

脂质和蛋白质浓度对超高分子量聚乙烯磨损的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: Life Cycle Tribology
• 作者: J.Hiraki;V.Turq;J.Hiraki;J.Hiraki;H.Kinoshita;H.Kinoshita;Yoshinori Sawae;Yoshinori SAWAE et al.
• 通讯作者: Yoshinori SAWAE et al.