過大圧縮応力が軟骨組織に及ぼす影響の解明と軟骨疾患発症メカニズムの検証

阐明过度压缩应力对软骨组织的影响并验证软骨疾病发病机制

基本信息

批准号：
16F16057
负责人：
牛田多加志
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16057/
关键词：
過大圧縮応力軟骨組織細胞死バイオメカニクス

项目摘要

軟骨組織内の死細胞の分布のメカニズム、過大圧縮応力のひずみ速度と軟骨の力学特性変化との関係、死細胞の分布と軟骨の構造変化との関係を解明することを目的とし、研究を実施した。圧縮実験装置に位置ずれの補正機能を実装しているため、リアルタイムイメージングが可能となった。軟骨組織内に不均一に分布している細胞死を説明するために、ひずみ速度をコントロールしながら過大応力を負荷し，対応する軟骨組織内の局所ひずみをreal-timeで観察し、局所ひずみと死細胞分布との関係を調べた。また，過大圧縮応力が軟骨組織の力学特性に及ぼす影響を評価するために、応力緩和実験を行った。異なるひずみ速度で圧縮した試験片を約24時間培養した後、応力緩和実験を行った。40%/minのひずみ速度で圧縮し，ひずみが最大値の20％に達した後は600秒間試験片のひずみを保ち，応力の時間経過を記録した。応力緩和曲線の時系列データに、粘弾性モデルをフィッテイングさせ、各パラメータの値を求めた。さらに，軟骨の構造変化を評価するために、組織染色を行った。凍結ブロックを凍結ミクロトームで切断し，厚み10μmの凍結切片を作製した。軟骨の構成成分は、水分、コラーゲンⅡ、プロテオグリカンの順で多くを占めている。そのため、本研究では、抗体染色でコラーゲンⅡを、トルイジンブルー(TB)染色でプロテオグリカンの変化を調べた。従来の研究から、表層は軟骨の構造、機能、力学特性などを維持する役割を果たすということが知られていた。さらに、軟骨表層の伸展及び圧縮特性が作用するひずみ速度に依存することも知られていた。そのため、本研究では、表層、中層、深層の全体を含む試験片と、表層（軟骨全体の深さの10%）を取り除いた試験片を用い、圧縮する時の局所変形と圧縮された後の死細胞の分布を比較し、軟骨内死細胞の分布における表層の役割を調べた。

我们进行研究的目的是阐明死细胞在软骨组织内的分布机制、过度压缩应力的应变率与软骨力学性能变化之间的关系、以及死细胞的分布与结构的关系。软骨发生了变化。由于压缩实验设备配备了位置偏差校正功能，现在可以进行实时成像。为了解释软骨组织内分布不均匀的细胞死亡，我们在控制应变率的同时施加过大的应力，实时观察软骨组织内相应的局部应变，并计算局部应变与死亡细胞的关系分布进行了调查。此外，还进行了应力松弛实验，以评估过度压应力对软骨组织机械性能的影响。将不同应变率压缩的试样保温约24小时，然后进行应力松弛实验。以40%/min的应变速率压缩试样，在应变达到最大值的20%后，保持应变600秒，记录应力的时程。对应力松弛曲线的时间序列数据拟合粘弹性模型，并确定各参数的值。此外，进行组织染色以评估软骨的结构变化。使用冷冻切片机切割冰冻块，制成厚度为10μm的冰冻切片。软骨的主要成分依次是水、II 型胶原蛋白和蛋白多糖。因此，在本研究中，我们使用抗体染色研究了 II 型胶原蛋白的变化，并使用甲苯胺蓝 (TB) 染色研究了蛋白多糖的变化。先前的研究已经知道，表层在维持软骨的结构、功能和机械性能方面发挥着作用。此外，众所周知，软骨表面层的拉伸和压缩特性取决于所施加的应变速率。因此，在本研究中，我们使用了包括整个浅层、中层和深层软骨层的标本，以及去除了浅层（软骨总深度的10%）的标本，我们比较了软骨的分布。死细胞并研究了表层在死细胞在软骨内分布中的作用。