Underwater micro-propulsion mechanism by concentration gradient learned from leukocytes and the application to drug delivery system with the function

白细胞浓度梯度水下微推进机制及其在药物递送系统中的应用

• 批准号: 21K19918
• 负责人: 玉川 雅章
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19918/
• 关键词: 白血球; 水中推進; 濃度マランゴニ効果; ドラッグデリバリーシステム; 免疫機構

今年度は大きく分けて以下の２つの結果が得られた．(1)前年度に引き続き，顕微鏡下で，サイトカインの濃度勾配を白血球に作用し，その移動速度と濃度分布，勾配を各時刻において同時に求めた．特に，前年度明らかにできなかった，移動速度に及ぼす壁面からの距離と白血球回転の影響について調べた．移動速度の壁面からの距離の影響については，約10μmの距離までは，比例的に変化することがわかった．これについては，（生きた）白血球については，前年度観察済みの壁面に近づいたときに生成される偽足による抵抗が増すことや，濃度境界層の影響によって，移動速度が低下することが推論づけられた．一方，白血球回転の影響については，(a)回転周期が長くなるにつれ，移動速度が低下すること,(b)壁面からの距離が近いと，回転周期も長くなることがわかった．また，これらの推進機構の数理モデルを，移動速度と濃度勾配の関係に回転による濃度マランゴニ効果の１次元モデルを作成し，特に濃度勾配変動がsin波の時の移動速度を解析したところ，移動速度と回転周期の関係について実験結果と定量的には一致しないものの，定性的には一致することがわかった．(2)濃度勾配に伴う界面張力勾配による推進力の発生を求めるため，界面張力の影響を考慮した２次元円柱周りの流れの解析を行った．具体的には，回転円柱周りの流れに対して，膜上と周囲流体について分け，連続の式，Navier-Stokes 方程式，濃度の輸送方程式を解くが，まず，弱連成問題として扱った．すなわち，これらの２つの領域の連成問題を周囲流体の濃度場をあらかじめ計算し，その濃度勾配が円柱に作用して，界面（円柱表面）での濃度（表面濃度）を変化させ，簡易的に界面での濃度分布を得ることができた．しかしながら，回転の影響や周囲流体の濃度場と円柱表面の濃度場の完全な連成問題としては扱えていない．

This year, the following 2 results were obtained. (1)In the previous year, under the microscope, the concentration of sericin was matched with white blood cells, and the movement speed and concentration distribution were matched at all times and at the same time. In particular, in the previous year, the impact of the movement speed and the distance between the wall and the white blood cell return was adjusted. The distance between the moving speed and the wall is about 10μm. The white blood cells were detected in the previous year, and the pseudopod resistance was increased due to the influence of the concentration boundary layer, and the moving speed was decreased. On the one hand, the white blood cell cycle is affected by (a) the cycle length is too long, and the moving speed is too low,(b) the distance between the wall surface is too close, and the cycle length is too long. For example, the mathematical model of the propulsion mechanism, the relationship between the moving speed and the concentration matching, the return time, the concentration matching, the effect of the first dimensional model, and the relationship between the moving speed and the return time, the analysis of the moving speed of the sin wave, the quantitative consistency, the qualitative consistency. (2)Concentration matching is accompanied by interfacial tension matching. Propulsion force generation is calculated. Effect of interfacial tension is considered. Two-dimensional column flow analysis is performed. Specific, circular column flow, membrane, circular fluid flow, continuous equation, Navier-Stokes equation, concentration and transport equation solution, weak connection problem. The concentration field of the fluid is calculated and the concentration distribution of the fluid is obtained by changing the concentration (surface concentration) at the interface (cylinder surface). The influence of circulation on the concentration field of circumferential fluid and the concentration field on the surface of cylinder are completely connected.

项目成果

サイトカイン濃度勾配が好中球の推進機構へ及ぼす影響に関する研究-衝撃波による並進と回転運動への影響-

细胞因子浓度梯度对中性粒细胞推进机制影响的研究 - 对冲击波引起的平移和旋转运动的影响 -

• 发表时间: 2021
• 作者: Obana;R.,Yamamoto;A.;Tamagawa;M.;尾花倫太郎，玉川雅章;尾花倫太郎，玉川雅章;Rintaro OBANA and Masaaki TAMAGAWA;尾花倫太郎，玉川雅章
• 通讯作者: 尾花倫太郎，玉川雅章

Effects of Shock Wave on Neutrophil and It’s Propulsion

冲击波对中性粒细胞及其推进力的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Rintaro OBANA;Masaaki TAMAGAWA
• 通讯作者: Masaaki TAMAGAWA

サイトカイン濃度勾配下における膜機能の変化に基づく好中球の偽足の発生位置の推察

根据细胞因子浓度梯度下膜功能的变化推断中性粒细胞伪足的位置

• 发表时间: 2022
• 作者: Obana;R.,Yamamoto;A.;Tamagawa;M.;尾花倫太郎，玉川雅章
• 通讯作者: 尾花倫太郎，玉川雅章

サイトカイン濃度勾配が好中球の推進機構へ及ぼす影響に関する研究-膜特性を考慮したサイトカインの濃度輸送について-

细胞因子浓度梯度对中性粒细胞推进机制的影响研究-考虑膜特性的细胞因子浓度转运-

• 发表时间: 2021
• 作者: Obana;R.,Yamamoto;A.;Tamagawa;M.;尾花倫太郎，玉川雅章;尾花倫太郎，玉川雅章;Rintaro OBANA and Masaaki TAMAGAWA;尾花倫太郎，玉川雅章;尾花倫太郎，玉川雅章
• 通讯作者: 尾花倫太郎，玉川雅章

好中球の推進機構の回転運動やその周期による説明の試み

尝试用旋转运动及其循环来解释中性粒细胞的推进机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Obana;R.,Yamamoto;A.;Tamagawa;M.;尾花倫太郎，玉川雅章;尾花倫太郎，玉川雅章
• 通讯作者: 尾花倫太郎，玉川雅章