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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

基本信息

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

项目摘要

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.

This study focuses on the distribution of compression and mechanical forces within cartilage tissue, the transport of substances within the tissue due to mechanical loads, and the metabolic response of chondrocytes, resulting in the self-organization of extracellular matrix components. The construction of the functional structure of the cartilage surface layer has been greatly determined, and the purpose of this study is to explore this in detail. This year, CO_2-loaded equipment with two axes was developed and used to load isolated chondrocytes in three-dimensional culture. In this paper, the following conclusions are drawn: 1) Quantitative evaluation of the amount of regenerated cartilage after culture; 2) Evaluation of the morphology of tissue structure formation after culture; 3) Measurement of the rate of joint stiffness and equilibrium stiffness; Evaluation of the effect of mechanical load added during culture. The relationship between the functional structure and the structure of the film was investigated. Results: After 15 days of culture, it was confirmed that the amount of regenerated cartilage cells in the culture medium was significantly higher than that in the culture medium. The connection rate of the load group is higher than that of the load group after 15 days of incubation. The ECM production is promoted during load incubation. The mechanical function is developed. As a result of morphological observation, type II cells have a lubricating function and a dense tissue structure is formed around the cell. In addition, it is easy to disperse substances with small molecular weights, and the dispersion speed of substances with large molecular weights is small.

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Annual Report of the Faculty of Engineering Kyushu University 2004
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Annals of Biomedical Engineering 32
影响因子：
0
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.

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

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Life Cycle Tribology
影响因子：
0
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.

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