細胞の機械的刺激感受システムに対する動力学モデルの構築

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本研究では,機械的刺激が骨芽細胞に入力された場合に,細胞が刺激を感受して骨形成に影響が生じることを培養実験により検証し,この現象を機械力学的観点から捉え,動的モデルを構築することを目的とする.まず,細胞に対する機械的刺激の影響を検証するために,十分な剛性を有するよう設計された培養プレートに骨芽細胞を播種し,これを加振器に取り付け,培養面に対して垂直方向に正弦波加振することで細胞に慣性力による機械的振動を与えながら細胞培養を行った.振幅を0.5Gで一定とし,振動数を12.5,25,50,100,200,400Hzの6種類として実験を行った結果,細胞増殖および骨産生が増大し,その割合は振動数により異なることを示した.振動数を25Hzで一定とし,振幅を0.125,0.25,0.5Gの3種類として実験を行った結果,細胞増殖および骨産生が増大し,それらに影響を与える閾値となる振幅が存在する可能性を示した.次に,細胞の動的モデル構築のために,骨芽細胞の力学特性の測定を行った.骨芽細胞は足場となる細胞外マトリクスに接着して形態を維持しているので,細胞接着という支持条件のもとで細胞全体のクリープ試験および動的粘弾性試験を行い,粘弾性特性を測定した.測定では,マイクロピペットの先端に試料を付着させて引っ張った際のピペットのたわみから微小な張力を求めた.その結果,ばね要素と粘性減衰要素からなるモデルでその特性をモデル化した.