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骨細胞の力学刺激感知・情報伝達による機能的適応のメカノバイオロジー

骨细胞感知机械刺激和传递信息的功能适应的力学生物学

基本信息

批准号：
22616003
负责人：
安達泰治
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

骨は、力学的環境の変化に対する適応的リモデリングにより、自らの構造や特性を機能的に変化させる。この現象の解明は、骨のバイオメカニクス・メカノバイオロジー研究における重要な課題であるが、鍵となる細胞レベルにおける各種の生化学的応答に対する力学的因子の関与は、十分には理解されていない。さらに、細胞レベルの形成・吸収活動が、如何に組織・構造レベルの形態的適応をもたらすかについては、未知な点が多い。そこで、本研究では、骨の細胞活動や構造変化と力学因子とを関連付けるシステムとして、骨基質内部に存在する骨細胞に着目し、その力学刺激感知・伝達による機能的適応の機構解明を目指した。まず、単離骨細胞の力覚機構を明らかにするため、細胞突起内のアクチン細胞骨格、接着斑の構造に着目し、直接的な力学刺激負荷に対する細胞内カルシウム応答と一酸化窒素産生の挙動を観察した。その結果、局所的な力学刺激に対して、骨細胞が一酸化窒素産生応答を示し、さらに、カルシウム応答に比べて小さな刺激に対しても敏感に一酸化窒素産生応答が生じることが示された。次に、細胞間ネットワークを介した情報伝達、および、破骨細胞・骨芽細胞による骨吸収・形成過程を数理モデルとして表現し、骨リモデリングによる形態適応現象の予測のための計算機シミュレーション手法を構築した。ここでは、骨小腔-骨細管を含む骨基質を多孔質弾性体としてモデル化し、これまで進めてきた理論的検討を基礎として、骨梁の変形-力関係やひずみ・応力・間質液圧力などの基本的なふるまいを理解すると同時に、多孔質弾性体に対する有限要素解析手法の開発により、複雑な形態を有する骨梁内部の間質液の力学的ふるまいを明らかにした。

Change in the mechanical environment, change in the structure and function of the body The understanding of this phenomenon is an important topic in the study of biological and biochemical responses to cellular processes, and it is important to understand the relationship between mechanical factors and biological processes. In addition, the formation and absorption activities of the cell structure, how to organize and structure the shape of the cell structure, and how to organize the cell structure are unknown. This study aims to elucidate the mechanism of bone cell activity, structural change, mechanical factors and their correlation with bone matrix, bone cells and mechanical stimuli. To investigate the mechanism of stress in isolated bone cells, the structure of cellular bone cells and adhesion spots, the response of intracellular stress to direct mechanical stimulation loads, and the activation of an acidic hormone. As a result, bone cells respond to mechanical stimulation by producing an acidic protein, and bone cells respond to mechanical stimulation by producing an acidic protein. Next, the information transmission between cells, osteoclasts and bone bud cells, bone resorption and formation process, mathematical expression, bone resorption and prediction of morphological adaptation phenomenon, computer simulation method construction The development of finite element analysis method for porous bodies containing bone matrix, bone micro-cavities and bone tubules, and the basic theory of shape-force relationship of bone beams and the basic theory of interstitial fluid pressure The mechanical properties of interstitial fluid in the interior of the bone beam are clearly defined by the morphology of the complex.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Multiscale Simulation of Trabecular Bone Adaptation by Remodeling toward Understanding Wolff's Law

通过重塑来理解沃尔夫定律的小梁骨适应的多尺度模拟

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yoshitaka Kameo;Taiji Adachi;Masaki Hojo;菅原祥;Yoshitaka Kameo;菅原祥;Taiji Adachi;菅原祥;Yoshitaka Kameo;菅原祥;亀尾佳貴;菅原祥;Taiji Adachi;菅原祥;Yoshitaka Kameo;菅原祥;Taiji Adachi
通讯作者：
Taiji Adachi

細胞間を伝播するシグナル分子の影響を考慮した骨梁リモデリングシミュレーション

考虑细胞间信号分子传播影响的小梁骨重塑模拟

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yoshitaka Kameo;Taiji Adachi;Masaki Hojo;菅原祥;Yoshitaka Kameo;菅原祥;Taiji Adachi;菅原祥;Yoshitaka Kameo;菅原祥;亀尾佳貴;菅原祥;Taiji Adachi;菅原祥;Yoshitaka Kameo;菅原祥;Taiji Adachi;Taiji Adachi;Yoshitaka Kameo;亀尾佳貴;石橋弘輝
通讯作者：
石橋弘輝

骨のリモデリングによる機能的適応のシステムバイオメカニクス

通过骨重塑实现功能适应的系统生物力学