骨組織・細胞の力学的ストレス応答に関するバイオメカニクス的研究

骨组织和细胞机械应力响应的生物力学研究

基本信息

批准号：
08780826
负责人：
安達泰治
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

生体組織の再構築を組織の局所的な力学的刺激に対する局所的な平衡状態への適用過程として理解し,この過程における組織の力学的特性や自然状態変化がもたらす全体構造としての特性変化と微視的な細胞レベルでのふるまいとの関連について検討を行った.まず,再構築を駆動する局所の力学因子を考慮し,組織内の応力やひずみと力学的再構築を関係付ける現象論的数理モデルを構築し,有限要素法を用いたシミュレーションを行った.次に,骨の微視構造レベルにおける各種細胞活動を考慮した骨の再構築のモデル表現について検討し,そのシミュレーションにより局所的な再構築のもたらす全体構造としての最適性について検討した.さらに,組織に対する力学的刺激が,細胞レベルでの力学的再構築に及ぼす影響を実験的に検討するため,骨芽細胞を用いた基礎的な培養実験系を確立した.1.組織内に分布する応力と骨の力学的再構築を関係付ける基本的考え方を提案し,有限要素法を用いた力学適応シミュレーションを行った.2.基本的細胞単位の概念を導入する離散的な構造単位の再構築モデルとシミュレーション手法を提案した.3.再構築による微視的構造変化と全体構造との関連をシミュレーションにより明らかにした.4.骨の残留応力を脛骨・腓骨系や椎体の皮質骨・海綿骨系を用いた応力解放実験により確認し,提案したモデルによる残留応力形成のシミュレーション結果と比較,検討した.5.骨の力学的再構築に学ぶ構造最適設計手法への応用の可能性について検討を行い,変動する力学的環境に対して時間的・空間的な最適性をもたらす構造形成手法を提案した.6.培養細胞の力学的刺激に対する構造形成応答を観察するため,培養下における基礎的実験系を確立した.

我们理解生物组织的重建是使组织响应局部机械刺激而适应局部平衡状态的过程，我们理解组织的力学性能的变化以及由于组织的整体结构的变化而引起的变化。首先，我们考虑了驱动重建的局部机械因素，并应用唯象数学将组织内的应力和应变与机械重建联系起来。元素接下来，我们研究了骨重建的模型表示，该模型考虑了骨微观结构水平上的各种细胞活动，并使用模拟来估计局部重建带来的整体结构。我们研究了该方法的最优性。我们建立了利用成骨细胞的基础培养实验系统，以实验研究组织上的机械刺激对细胞水平上的机械重建的影响1。提出了组织内应力分布与骨骼力学重构的基本概念，并利用有限元方法进行了力学适应模拟。2．提出了结构单元的重构模型和模拟方法。3．通过模拟模拟重建引起的微观结构变化与整体结构之间的关系。4．通过使用所提出的模型进行的应力释放实验证实了这一点，并与使用所提出的模型的残余应力形成的模拟结果进行了比较，我们提出了一种在变化的机械环境中实现时间和空间优化的结构形成方法。建立了观察培养细胞对机械刺激的结构形成反应的基本培养实验体系。