多階層スケールの流動解析による赤血球と内皮グリコカリックスの力学的相互作用の解明

使用多级流分析阐明红细胞和内皮糖萼之间的机械相互作用

基本信息

批准号：
19K20659
负责人：
宮内優
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Miyazaki (2021-2022)Tohoku University (2019-2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

血管内皮を覆う血管内皮細胞の膜表面にはグリコカリックスと呼ばれる、糖鎖に連なったブッシュ状の高分子膜タンパク群が存在しており、グリコカリックスの損傷が様々な循環器系疾患を引き起こすことが知られている。本研究は赤血球とグリコカリックスの力学的相互作用の解明を目的としている。これまでの研究において、傾斜遠心力下で壁面近傍を移動する赤血球の数値解析に赤血球の曲げ剛性モデルを導入すると、赤血球が壁面に近づいたときに計算が不安定になり、計算が破綻すること、単純せん断流れ場の球形カプセル挙動の解析では先行研究と同様の結果が得られることが確認された。本年度は、作成したコードの検証の続きとして、単純せん断流れにおける赤血球挙動の解析を行った。赤血球の弾性にはSkalakモデルを使用しており、有限要素法によって離散化されている。単純せん断流れにおける単一赤血球の変形挙動は、無次元パラメータであるキャピラリー数によって整理される。本解析においてもキャピラリー数が小さい場合に現れる赤血球の形状を維持したまま、赤血球が回転するタンブリング運動は再現されたが、その運動は周期的でなく、不自然な挙動を示した。また、キャピラリー数が大きい場合には、流れの方向に伸長した楕円形に近い形状になることが報告されているが、本解析で得られた赤血球形状は先行研究とは異なる形状となった。これらの問題が生じた理由として、本解析で設定した計算領域が赤血球形状に比べて十分に大きくないこと、赤血球膜の格子点の時間発展の計算精度が低いこと、流体用の格子点数が少ないことなどが考えられる。今後はこれらの計算条件や計算法を変更し、問題の解決を試みる。

在覆盖内皮细胞的内皮细胞的膜表面上，有一组称为糖蛋白的衬套聚合物膜蛋白，与糖链有关，众所周知，对糖脂的损害会导致各种心血管疾病。这项研究旨在阐明红细胞与糖蛋白的机械相互作用。 In previous studies, it was confirmed that when the flexural stiffness model of erythrocytes is introduced into the numerical analysis of erythrocytes moving near the wall under tilted centrifugal force, calculations become unstable when the erythrocyte approaches the wall surface, and calculations break down, and that analysis of the spherical capsule behavior of simple shear flow fields produces results similar to previous studies.今年，我们继续检查我们创建的代码，并在简单的剪切流中分析了红细胞的行为。 Skalak模型用于红细胞的弹性，并通过有限元方法离散。简单剪切流中单个红细胞的变形行为由毛细血管的无量纲参数数组织。在此分析中，红细胞旋转的翻滚运动在保持毛细血管数量较小时出现的红细胞形状的同时也被复制，但这种运动不是周期性的，并且表现出不自然的行为。此外，当毛细血管的数量较大时，据报道，该形状更接近椭圆形沿流动方向延伸的椭圆形，但是在此分析中获得的红细胞形状与先前的研究不同。与红细胞形状相比，该分析中设置的计算区域的结果不足，红细胞膜晶格点的计算准确性较低，流体流体晶格点的数量很小。将来，我们将尝试更改这些计算条件和方法以解决问题。