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骨代謝数理モデルに基づく皮質骨・海綿骨リモデリングの統合的理解

基于骨代谢数学模型对皮质骨和松质骨重塑的综合理解

基本信息

批准号：
22K03827
负责人：
亀尾佳貴
金额：
$ 2.66万
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：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03827/
关键词：
骨代謝骨リモデリング皮質骨海綿骨計算バイオメカニクス

项目摘要

本研究では、骨代謝数理モデルを組み込んだ骨リモデリングのin silico（コンピュータ内）実験基盤を構築し、力学環境に応じた皮質骨・海綿骨リモデリングの挙動をin silicoで再現、予測することにより、その制御メカニズムを分子・細胞ダイナミクスから統合的に理解することを目的としている。以下に、本年度中の主な研究実施内容と、得られた成果をまとめる。１．力学刺激に対する骨リモデリング則の予測性能評価マウス尾椎に対する繰返し荷重負荷実験により得られた骨表面移動速度と、同じマウス尾椎のイメージベース有限要素解析により得られた様々な力学量に基づき、骨細胞への力学刺激と骨吸収・骨形成とを関連付ける骨リモデリング則をモデル化し、その予測性能を評価した。相当応力や間質液流れなど、いくつかの静的・動的な力学刺激を候補として骨リモデリング則を定式化した結果、マウスの個体差による影響が大きいため、それらの予測性能に顕著な違いは見られないことが確認された。２．多細胞ダイナミクスによる組織形態形成の数理モデル開発皮質骨と海綿骨のリモデリングを統合的に理解するためには、密度の異なる両組織の形成過程を明らかにすることが重要である。そこで、骨形態形成過程において組織内部に働く力の重要性に鑑み、連続体力学をベースとし、かつ、個々の細胞ダイナミクスを追跡可能な新しい組織形態形成の数理モデル開発に着手した。粒子により離散化された物体の変形を連続体力学に基づき解析するMaterial Point Method（MPM）を応用し、本年度までに、組織を構成する細胞の成長と増殖のモデル化に成功した。

This study is conducted by the Bone Metabolism Mathematics Group and the Bone Metabolism Research Group. silico（コンピュータ内）実験base base constructionし、mechanical environmentに応じたcortical bone・sponge boneリモデリングの挙动をin silico's reappearance, predicted することにより, そのcontrol メカニズムを分Sub・Cell ダイナミクスからIntegrated にUnderstanding することをPurpose としている. The following is the content and results of the main research project this year. 1. Mechanical stimulation に対するbone リモデリング日のPre-test performance evaluation価マウスcaudal vertebra に対する缲 return しcharge Heavy load 実験により得られたbone surface movement speed と, same as じマウスcaudal vertebra のイメージベースLimited element analysis is used to determine the mechanical strength of the bone cells, mechanical stimulation of bone cells, and bone resorption. Bone formation is related to bone formation and bone management. Equivalent to the strength of the interstitial fluid flow and the static and dynamic mechanical stimulation of the interstitial fluid flow. As a result, individual differences in the performance of the test will affect the performance of the test, and the predicted performance will be confirmed by the test results. 2. Multicellular tissue morphogenesis system of cortical bone and spongy bone It is important to understand the structure of the combination and the difference in density and the formation process of the organization.そこで、The bone morphogenesis process においてThe importance of the internal strength of the tissue に见み、The body mechanics of the body をベースとし、 It is possible to track down the formation of new tissue morphology through mathematical analysis of individual cells. Discretization of particles Method (MPM) is used, the year is completed, the tissue is composed, the cells are grown and multiplied, and the results are successful.