Mechanical properties of elastin hydrogels and its application to biomaterials for spinal ligament repair

弹性蛋白水凝胶的力学性能及其在脊柱韧带修复生物材料中的应用

基本信息

批准号：
21K12675
负责人：
山本衛
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kindai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

靭帯は，骨と骨とを繋ぎ，関節を形成する線維性結合組織であり，関節の支持安定性と可動性をバランスよく制御するという力学的な役割を担っている．このような靭帯は，骨，筋，腱などとともに運動器を構成し，身体運動を行ううえで受動的ではあるものの極めて重要な機能を発揮している．従って，靭帯に断裂や損傷が生じた場合は，身体運動の能力を著しく低下させる．靭帯の力学的特性に関する先行研究は，膝関節などに存在するコラーゲンを主成分とする前十字靭帯などを対象としたものが多い．一方，脊柱靭帯に分類され，エラスチン含有量の高い項靭帯や黄色靭帯の生体力学的特性を詳細に検討した事例は非常に少なく，特に靭帯破断時の応力やひずみを正確に測定した研究はほぼ存在しない．項靭帯と黄色靭帯は，椎骨や椎間板などとともに脊柱を構成しており，それらの乾燥重量の約80％がエラスチン成分であり，コラーゲンを主成分とする他の靭帯とは生体力学的特性が異なっていると考えられている．皮膚，腱や靭帯などの生体軟組織に含まれるコラーゲンとエラスチンは，代表的な細胞外マトリックスである．これら両成分は，線維性の高分子であり，様々な組織中で支持構造体を形成する材料として，力学的な役割を果たしている．コラーゲンは強靭な線維であり，組織の剛性や破断特性と密接に関連していると推察されている．一方，エラスチンは低剛性，低強度の特徴を有する線維であり，組織の伸展性や弾性を支配する主要素と考えられている．脊柱靭帯の力学的機能はエラスチンの性状に依存し，その老化や損傷治癒過程においても，エラスチン成分の変化が関与していると推測される．従って，損傷靭帯の治療においてもエラスチン材料を有効に利用できる可能性がある．本研究では，脊柱靭帯の一種である黄色靭帯に対して力学試験を実施し，エラスチンが靭帯において果たしている力学的機能についての知見を得ることを試みた．

韧带是纤维结缔组织，连接骨骼和形成关节，并且在平衡控制关节的支撑稳定性和迁移率中起动态作用。这些韧带与骨骼，肌肉和肌腱一起形成肌肉，尽管它们是被动的，但它们在体育锻炼中发挥了极为重要的功能。因此，如果韧带被撕裂或损坏，运动能力将大大降低。先前关于韧带的机械性能的研究通常集中在前交叉韧带上，这些韧带主要由膝关节中存在的胶原蛋白组成，等等。另一方面，很少有在详细的情况下对脊柱韧带和韧带进行详细的详细症状的详细研究，几乎没有详细症状，并且没有详细的效果，并且没有进行详细的量子和量子。核素韧带和韧带轴与椎骨和椎间盘一起形成脊柱，大约80％的干重是弹性蛋白，人们认为它们的生物力学特性与其他韧带不同，这些韧带主要由胶原蛋白组成。软组织中包含的胶原蛋白和弹性蛋白，例如皮肤，肌腱和韧带是典型的细胞外基质。这两个组件都是纤维聚合物，并作为形成各种组织中支持结构的材料发挥动态作用。胶原蛋白是一种强的纤维，被认为与组织刚度和断裂特性密切相关。另一方面，弹性蛋白是一种纤维，具有低刚度和低强度特性，被认为是控制组织可扩展性和弹性的主要元素。脊柱韧带的机械功能取决于弹性蛋白的性质，据估计，弹性蛋白成分的变化参与衰老过程和损伤的愈合过程。因此，有可能有效地使用弹性蛋白材料来治疗受损的韧带。在这项研究中，我们对韧带（一种脊柱韧带）进行了机械测试，并试图洞悉弹性蛋白在韧带中执行的机械功能。