Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

バイオ流体力学 / マイクロ流体 / 血管内皮細胞 / せん断応力 / 循環器病 / 流体工学 / マイクロ・ナノデバイス / 生物・生体工学 / 細胞・組織 / 循環器・高血圧 / マイクロPIV / 内皮細胞

動脈硬化や脳梗塞、心筋梗塞などと言った循環器系疾患の原因解明のために、血管の表面の細胞である内皮細胞を、マイクロ流路内でせん断応力を負荷しながら培養する方法を検討し、培養方法を確立した。高速共焦点マイクロPIVシステムを用いて被写界深度を浅くすることにより空間分解能を大幅に向上させ、細胞表面近傍の速度分布を求める計測法を開発した。また、蛍光粒子画像から細胞の3次元形状を推定する手法を開発し、速度分布との比較を行った。

血管 / 剪断応力 / 内皮細胞 / カルシウム・シグナリング / メカノトランスダクション / ATP合成酵素 / カベオラ / 細胞・組織 / 生理学 / バイオメカニクス / 機械刺激 / ナノイメージング

血液が血管を流れることにより血管壁に発生する流れ剪断応力は血管の働きを調節している。これは血管内面を覆う内皮細胞が血流に起因する力学的刺激である剪断応力を感知して応答を起こすことに基づいている。以前我々は剪断応力の感知にATP作動性イオンチャネルP2X4が重要な役割を果たすことを報告した。本研究では、P2X4の活性化に内皮細胞から放出されるATPが必要で、ATPの放出機構には、細胞膜カベオラ・ラフトに存在するATP合成酵素の活性化が重要であることが解明された。

細胞・組織 / 脳動脈瘤 / 血管壁損傷 / せん断応力 / 力学的刺激 / 内皮細胞 / 血管損傷評価システム / 組織培養

本研究では,動物から摘出した血管組織を用い,生体内を模擬した培養環境下において,力学的作用による血管内壁の損傷の実験的評価行った.まず,血管損傷評価システムを開発し,次いで,同システムを用いて血管組織に流れを負荷し,流れによる壁面せん断応力が血管内壁に与える損傷について定量的に検討・考察した.
血管試料として,日本白色家兎の胸部大動脈(直径約4mm)を用い,蛍光染色した試料を血管流路デバイスに装着し,灌流培養により流れを負荷しながら血管内面の観察を可能にした.同一試料において,体積流量を600〜2100mL/minと段階的に増加し,同様に流れの負荷と撮影を行った.壁面せん断応力に置き換えるとτ=26.7〜268dyn/cm^2である.なお,本研究におけるサンプル数は6である.損傷の評価指針として血管内皮細胞の個数密度に着目する.無作為に撮影した8箇所の観察領域(331μm×439μm)において,細胞個数密度を計測し,各観察領域における平均値と標準誤差を求める.そして,各流量条件での個数変化を計測することにより,壁面せん断応力との相関を検討した.以下に本研究で得られた結論を示す.
・生体内を模擬した培養環境下において,血流を制御することで壁面せん断応力による血管内膜の損傷を観察・評価可能な血管損傷評価システムを開発した.
・同システムを用い,日本白色家兎の胸部大動脈6サンプルに対して,段階的に壁面せん断応力を増加する実験を行い,血管内皮細胞の個数密度を用いて損傷の評価を行った.
・壁面せん断応力が103〜154dyn/cm^2のときに,血管内皮細胞の個数密度が顕著に減少した.これより,血管内皮細胞は103〜154dyn/cm^2ではく離し損傷すると考えられる.
・高壁面せん断応力を負荷した際の標準誤差の増大から,血管内皮細胞のはく離は,血管全体において局所的に生じると考えられる.

【研究分担者】
菱田公一	慶應義塾大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
安藤譲二	獨協医科大学	医学部	特任教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
山本貴富喜 (山本貴富貴)	東京大学	生産技術研究所	助手	(Kakenデータベース)
山本創太	名古屋大学	工学研究科	助手	(Kakenデータベース)