日本バイオレオロジー学会誌（B&R，電子版） 第２７巻 第２号，２０１３年６月６日発行（年３回発行）
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第３６回日本バイオレオロジー学会年会

プログラム・抄録集

会 期：平成 25年 6月 6日（木）・7日（金）・8日（土）年会長：工藤 奨（九州大学大学院工学研究院）
会 場：九州大学 西新プラザ

日バイレオ誌（B&R，電子版）第２７巻 第２号
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(
2013)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

第 36 回
日本バイオレオロジー学会年会
プログラム・抄録集

会期：平成 25 年 6 月 6 日（木），7 日（金），8 日（土）年会長：工藤 奨
九州大学 大学院 工学研究院 機械工学部門
会

場：九州大学 西新プラザ

問い合わせ先：九州大学大学院工学研究院 機械工学部門
年会実行委員会 工藤 奨・中嶋和弘

実行組織
年会長
実行委員長
実行委員

工藤
中嶋
高松

奨
和弘
洋

九州大学
九州大学
九州大学

澤江
山口

義則
哲生

九州大学
九州大学

- 1 -

(29)

(30)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

日本バイオレオロジー学会年会のあゆみ
回

年会長

所

属

会

1

深田 栄一

理化学研究所2

岡 小天

国立循環器病センター 国立循環器病センター

3

東 健彦

信州大学

信州大学

4

谷口 興一

東京医科歯科大学

東京医科歯科大学

5

梶谷 文彦

川崎医科大学

川崎医科大学

6

稲垣 義明

千葉大学

千葉県文化会館

小ホール

1983/6/18～19

7

神谷 瞭

北海道大学

北海道自治会館

自治ホール

1984/6/16～17

8

浅野 牧茂

国立公衆衛生院

国立公衆衛生院

講堂

1985/6/15～16

9

志賀 健

愛媛大学

愛媛県医師会館

ホール

1986/6/11～13

10

磯貝 行秀

東京慈恵会医科大学

東京慈恵会医大学

11

松田 保

金沢大学

金沢大学

医学部十全講堂

1988/6/2～4

12

大島 宣雄

筑波大学

筑波大学

大学会館国際会議室

1989/7/5～7

13

峰下 雄

帝塚山短期大学

奈良県新公会堂

14品川 嘉也

日本医科大学

日本医科大学

15

平川 千里

岐阜大学

岐阜市文化センター

1992/6/25～27

16

菅原 基晃

東京女子医科大学

東京女子医大学

1993/6/16～17

17

松信 八十男清和大学

エーザイホール

1994/6/17～18

18

貝原 学

帝京大学

TEPCO 地球館

1995/6/15～16

19

辻 隆之

国立循環器病センター 千里ライフサイエンスセンター

1996/6/6～7

20

増田 善昭

千葉大学

千葉大学

1997/6/5～6

21

前田 信治

愛媛大学

エスポワール愛媛文教會舘

1998/6/11～13

22

貝原 真

理化学研究所

理化学研究所1999/6/10～11

23

辻岡 克彦

川崎医科大学

倉敷公民館

24

谷下 一夫

慶應義塾大学慶應義塾大学

25

大橋 俊夫

信州大学

信州大学

旭会館大会議室

2002/6/6～7

26

西成 勝好

大阪市立大学

大阪市立大学学術情報総合センター

2003/6/5～6

27

内村 功

東京医科歯科大学

東京医科歯科大学

特別講堂

2004/6/10～11

28

佐藤 正明

東北大学

東北大学

マルチメディア教育研究棟

2005/7/7～8

29

丸山 徹

九州大学

九州大学医学部30

佐々木 直樹

北海道大学

北海道大学

31

安藤 譲二

東京大学

東京大学理学部

32

土橋 敏明

群馬大学

桐生市民文化会館

2009/6/4～5

33

氏家 弘

東京労災病院

理化学研究所2010/6/3～4

34

関 眞佐子

関西大学

関西大学

100 周年記念会館

2011/6/3～435

佐藤 恵美子

新潟県立大学

朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター

2012/5/31～6/2

36

工藤 奨

九州大学

九州大学

2013/6/6～8

東京慈恵会医大学- 2 -場

高木会館講堂会期

1978/6/19

講堂

1979/6/30～7/1

医学部第一講義堂

1980/6/28～29

5 号館

現代医学教育博物館

高木会館講堂

1981/6/20～21
1982/6/26～27

1987/6/13～16

1990/6/21～23
大講堂

弥生記念講堂

けやき会館

鈴木梅太郎記念ホール

1991/6/20～22

2000/6/8～9
創想館マルチメディアホール 2001/6/7～8

コラボステーション

学術交流会館
小柴ホール

鈴木梅太郎記念ホール

西新プラザ

2006/6/12～13
2007/6/14～15
2008/6/5～6

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

年会，総会，理事会，リサーチ・フォーラム会場へのアクセス（ホテル日航新潟）年会，フォーラム，理事会，各編集委員会会場：九州大学 西新プラザ〒814-0002 福岡市早良区西新 2-16-23 TEL 092-831-8104
福岡市営地下鉄「西新」駅下車、⑦番出口より徒歩約１０分- 3 -FAX 092-831-8105(31)日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

年会，総会，理事会，リサーチ・フォーラム，各委員会会場
２階 見取り図

年会会場

第１会場 ：大会議室
第２会場 ：中会議室
ポスター発表

：多目的室

総会

：大会議室

理事会評議員会合同会議：中会議室

電子版 B&R 編集委員会：小会議室

Vascular Engineering 出版打ち合わせ会：小会議室

リサーチ・フォーラム会場

：中会議室

大会本部

：多目的室

- 4 -

(32)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

懇親会会場へのアクセス

ヒルトン福岡
シーホーク

九州大学
西新プラザ

懇親会会場： ヒルトン福岡シーホーク 34F タワーペントハウス〒810-8650 福岡市中央区地行浜 2-2-3

TEL:092-844-8111

年会会場より貸切バスの送迎があります．
年会会場より徒歩 20 分
福岡市営地下鉄 西新・唐人町駅より徒歩約 19 分・タクシー約 6 分・バス約 6 分

- 5 -

(33)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

交通のご案内・九州大学西新プラザまでのアクセス□鉄道を利用JR 博多駅から，○福岡市営地下鉄利用の場合
西唐津，筑前前原，姪浜，西新行きいずれかに乗車，「西新」駅下車（約 13 分，250 円）．
○タクシー利用の場合

JR 博多駅駅博多口タクシー乗り場より約 20～30 分□飛行機を利用 福岡空港から○福岡市営地下鉄「福岡空港」駅より乗車，「西新」駅下車（約 19 分，290 円）．
○タクシー利用の場合

福岡空港タクシー乗り場より約 30～40 分

- 6 -

(34)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

(35)

ご 案 内
 ご参加の皆様へ
受 付 時 間 ：6 月 7 日（金）8:40 より
場 所 ：九州大学 西新プラザ 多目的室
参加費 ：5,000 円（会員）（参加費には，講演抄録集 1 冊の代金が含まれます．
）
7,000 円（非会員） （参加費には，講演抄録集 1 冊の代金が含まれます．
）
3,000 円（学生）
講 演 抄 録 集 ：1,000 円
懇 親 会 日 時 ：6 月 7 日（金）18:00～20:00
場 所 ：ヒルトン福岡シーホーク 34 階 タワーペントハウス
参加費 ：正会員 5,000 円
学生会員 2,000 円（受付にてお申し込み下さい．
）
 会員の皆様へ
総会
開 催 日 時 ：6 月 8 日（土）11:00～11:30
場 所 ：第 1 会場（大会議室）
 名誉顧問・名誉会員・理事・監事・評議員の皆様へ
理事会評議員会合同会議
開 催 日 時 ：6 月 6 日（木）13:00～15:30
場 所 ：第 2 会場（中会議室）
 バイオレオロジー・リサーチ・フォーラムご参加の皆様へ
開 催 日 時 ：6 月 6 日（木）16:00～18:00
場 所 ：第 2 会場（中会議室）
 電子版 B&R 編集委員の皆様へ
電子版 B&R 編集委員会
開 催 日 時 ：6 月 7 日（金）11:50～12:40
場 所 ：小会議室
 Vascular Engineering 執筆者の皆様へ
Vascular Engineering 出版打ち合わせ会
開 催 日 時 ：6 月 8 日（土）11:30～12:30
場 所 ：小会議室- 7 -日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013(36)

 口頭発表セッションの座長の皆様へご担当されるセッション開始時間の 10 分前までには次座長席にお着き下さい．活発な討論となりますようにお願い申し上げます．
 オーガナイズドセッション，シンポジウム，学会賞受賞講演 発表者の皆様へ(1) オーガナイズドセッション，シンポジウムおよび学術奨励賞応募講演の発表時間は 8 分，討論は 4 分です．学会賞受賞講演につきましては，別途ご連絡いたします．
(2) 各演者は，発表時間の 30 分前までに受付をお済ませ下さい．
(3) 会場には，液晶プロジェクターとレーザーポインター，およびマイクをご用意いたします．
(4) 各演者は前演者が発表している間に次演者席にお着き下さい．
機器の使用について
1.
2.
3.

4.
5.
6.

各演者はご自身のコンピュータを接続して下さい．会場にはコンピュータを用意致しませんので，各自でコンピュータをご用意ください．
コンピュータの操作は，発表者自身または共同演者で行ってください．
会場には，プロジェクターとの接続コードとしてミニ D-Sub 15 ピン（オス）のケーブルを用意します．
（下図参照）出力端子がこれに合わない場合はアダプタをご持参下さい．また音声は会場スピーカーへの直接出力は準備しておりません．音声ご使用の際は，演者用マイクを近づけるなどして下さい．
ノートパソコンは機種によって，端子の形状や操作の異なる場合があります．ご自身のパソコンを熟知した上でお越し下さい．
接続したコンピュータは，電源を切ったりサスペンドの状態などにしたりはしないで，すぐに発表ができる状態にしておいてください．
接続トラブル等による発表時間の延長は認められません．講演開始前の休憩時間に，予め試写をしていただきますようお願いいたします．

プロジェクター・パソコン接続用ケーブル端子（D-sub 15 ピン）- 8 -日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013(37)

 ポスター発表者の皆様へ(1) ポスターの掲示は，6 月 8 日（金）12:00 までに，指定場所（多目的室）に貼りつけてください．
（ピンなどは年会にて用意します．
）(2) ポスターセッションは，6 月 8 日（金）14:15～14:45 です．セッション中は，ポスターの前に立ち，聴衆に対して説明と質疑応答を行ってください．
(3) ポスター発表では，登壇しての発表はありませんが，ポスターセッション中に，演題毎に座長を割り当て，コアタイムを設定します．コアタイムになれば，座長の指示に従い，ポスターの前で 5 分程度の説明と 2 分程度の質疑応答を行ってください．なお発表時間および座長については，ポスター掲示用パネル上部に貼り付けてある演題番号下にも記載してあります．
(4) ポスター前で PC などを使いながら説明をすることも可能ですが，電源は用意していません．
(5) ポスターは，6 月 8 日（土）の 15:00 以降に撤去してください．なお 6 月 8 日（土）の 17:00 を過ぎて放置されているポスターは，年会事務局にて処分します．
ポスターの作成についてポスターを貼り付けるパネルのサイズは，ヨコ 110cm×タテ 210cm です．このパネルのサイズに収まるよう，ポスターを作成してください．演題番号は年会でパネル左上端に貼っておきます．
（下左図参照）
2. 文字や図表のサイズ，レイアウトを工夫し、離れたところからでもわかりやすいポスターを作成することを心がけてください．
3. 「目的」
・
「方法」
・
「結果」
・
「結論」などを明確にし，目的は左上部に，結論は右下部になるように配置してください．（下右図参照）
4. タイトル・発表者氏名・所属に続いて代表者の連絡先メールアドレスを記入してください．
1.

第36回バイオレオロジー学会年会 ポスターセッション－ポスターの作成について（例）－○中嶋和弘*，**，隅井干城***，荒井雅隆***，工藤 奨**九州大学 大学院 工学研究院 機械工学部門**九州大学 バイオメカニクス研究センター***九州大学 大学院 工学府 機械工学専攻
連絡先： web@biorheology.jp

講演タイトル
筆者（発表者に○を付す）
所属
連絡先（代表者のメールアドレス）

これら情報はかならず記載すること

以下，発表内容を
1.緒言・目的
2.実験装置および方法
3.結果
4.考察
5.結論
等，項目に分けて記載（できる限り緒言・目的は左上部，結語は右下部になるように配置する）

フォントサイズ等については，特に指定しま
せんが，聴講者が読みやすいように比較的大きめのサイズにしておいてください．

ポスターの作成例

- 9 -

(38)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

バイオレオロジー・リサーチ・フォーラムのご案内
6 月 6 日（木）16:00～18:00

第 2 会場（中会議室）

司会：工藤 奨（九州大）「細胞操作技術の新展開」
木戸秋 悟

1.「細胞操作メカノバイオマテリアル」（九州大学 先導物質化学研究所）
山西 陽子

2.「電界誘起気泡メスによる細胞加工・インジェクション技術」（芝浦工業大学 工学部 機械工学科）

特別講演のご案内
6 月 7 日（金）13:50～14:50

第 1 会場

司会：工藤 奨（九州大）「生体関節におけるバイオレオロジー」

村上輝夫（九州大学）

Japan – Korea Joint Symposiumのご案内
6 月 7 日（金）15:00～17:30

第 1 会場

Chair：Toshiaki Dobashi (Gunma University)
Keynote Lecture 1
INTEGRATED MICROFLUIDIC SYSTEM FOR HEMORHEOLOGICAL MEASUREMNETS: PLATELETAGGREGATION
Sehyun Shin (Korea University)
Keynote Lecture 2
BIORHEOLOGICAL ASPECT OF MICROVESSEL FORMATION
Kazuo Tanishita (Waseda University)
Chair：Masako Seki (Kansai University)
Keynote Lecture 3
THE ROLE OF CRITICAL SHEAR STRESS ON ACUTE CORONARY SYNDROME
Byoung Kwon Lee (Yonsei University College of Medicine)
Keynote Lecture 4
VASCULARMECHANOBIOLOGY:

FLOW

DETECTIONANDCALCIUM

SIGNALINGIN

ENDOTHELIAL CELLS
Kimiko Yamamoto (The University of Tokyo)- 10 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

岡小天賞・論文賞受賞講演のご案内
6 月 8 日（土）12:30～14:00

第 1 会場（大会議室）

司会：大橋俊朗（北海道大），山本 希美子（東京大）
岡小天賞受賞講演

学術奨励賞応募講演のご案内
6 月 7 日（金）10:20～11:44

第 1 会場（大会議室）

座長： 佐々木直樹（北海道大），工藤 奨（九州大）
優れた研究発表をした若手の日本バイオレオロジー学会会員を顕彰します。応募者の本セッションでの発表に対する審査員の評点で，学術奨励賞受賞論文を決定します．年会 3 日目の総会で受賞論文名を発表し，受賞者には賞状および副賞として金一封を授与します．

- 11 -(39)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

第３６回日本バイオレオロジー学会年会プログラム○印：口頭発表登壇者，またはポスター発表の発表者

第 1 日目6 月 6 日（木）第２会場
16:00～18:00

バイオレオロジー・リサーチフォーラム

司会： 工藤 奨（九州大）「細胞操作技術の新展開」
1 細胞操作メカノバイオマテリアル○木戸秋 悟（九州大学 先導物質化学研究所）
2 電界誘起気泡メスによる細胞加工・インジェクション技術○山西 陽子（芝浦工業大学 工学部 機械工学科）- 12 -

(40)

(41)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

第 2 日目

6 月 7 日（金）第１会場
9：10～10：10

OS7：ヘルスケア食品レオロジー

p.27～31

座長：市川 寿（長崎大），吉村美紀（兵庫県立大），佐藤恵美子（新潟県立大）OS7-1

しめ鯖づくりと体積相転移現象
川口美咲（長崎大），○市川 寿OS7-2

ゲル強度に優れた魚鱗由来熱水抽出ゼラチンのキャラクタリゼーション
岡 智子（長崎大），Wang Xi，○市川 寿，関口拓磨（群馬大），近藤信吾，槇

靖幸，土

橋敏明
OS7-3

スケトウダラすり身の低温ゲル化過程のレオロジー特性○金田 勇（酪農学園大）, 青沼航平, 舩津保浩

OS7-4

コーンスターチゲルのレオロジー特性に及ぼす米粉添加の影響○佐藤恵美子（新潟県立大）
，佐竹妙子

OS7-5

トマトゼリーの食味と物性に関する研究 －高齢者と若年者の比較－○筒井和美（愛知教育大），深川琴恵，田村朝子（新潟県立大），荒井冨佐子，宮西邦夫，
佐藤恵美子，廣神里奈，早瀬和利（愛知教育大），西成勝好（湖北工業大），金巻栄作（金巻屋），二瓶英子（有明ハイツ），秋間美也子

10：20～11：44

学術奨励賞応募講演

p.32～38

座長：佐々木直樹（北海道大），工藤 奨（九州大）
A-1

単一赤血球変形能診断システム開発へ向けた実験装置の試作とその動作検証○都築達也（芝浦工業大）
，渡邉宣夫

A-2

プリオンタンパク質におけるアミロイド性集合体を防止する作用機序の解明○佐伯政俊（山口東京理科大），森井尚之（産業技術総合研究所），橋本慎二（山口東京理
科大）

A-3

光学顕微鏡による熱拡散現象の直接的観測法の開発○村田飛鶴（東海大），喜多理王，新屋敷直木，八木原晋

A-4

小型 FALLING NEEDLE RHEOMETER を用いた血液の流動特性の解析○鈴木貴雅（関西大），山本秀樹，川村公人（アサヒグループホールディングス株式会社），
Dominik Bernitzky（Medical University of Vienna），Roberto Plasenzotti

A-5

温度勾配による糖およびエチレングリコール水溶液の輸送現象○前田晃作（東海大），篠原春香，喜多理王，新屋敷直木，八木原晋

A-6

局所的に非一様な粒子群中の透過流動○大友涼子（関西大），原田周作（北海道大）

A-7

摩擦負荷培養法による再生軟骨組織形成とその力学特性に関する研究- 13 -

(42)日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013○福田圭祐（九州大学），澤江義則，小俣誠二
12：40～13：16

OS1：血管障害と流体力学

p.39～41

座長：田地川勉（関西大）
OS1-1

Flow Diverter(FD)を留置した脳動脈瘤内の血流シミュレーション○鈴木貴士（東京理科大），高尾洋之（東京慈恵会医科大），石橋敏寛，増田俊輔，門倉 翔（東京理科大），Ashraf Mohamed（東京慈恵会医科大），銭 逸（マッコーリ大），山本 誠（東京理科大），村山雄一（東京慈恵会医科大）OS1-2

拍動流中にある弾性壁動脈瘤モデルの壁せん断応力の変動○山口隆平（芝浦工業大），氏家 弘（東京労災病院）

OS1-3

脳動脈瘤内の血流に及ぼすステントの影響○増田俊輔（東京慈恵会医科大，サイバネットシステム），高尾洋之（東京慈恵会医科大），鈴木貴士，門倉 翔（東京理科大），モハメドアシュラフ（東京慈恵会医科大），銭 逸（マッコーリ大），山本誠（東京理科大），村山雄一（東京慈恵会医科大）13：50～14：50

特別講演

p.22

司会：工藤 奨（九州大）
生体関節におけるバイオレオロジー○村上輝夫（九州大）
15：00～17：30

日韓シンポジウム Japan-Korea Joint Symposium

p.23～26

Chair：Toshiaki Dobashi (Gunma University)
S-1

INTEGRATED MICROFLUIDIC SYSTEM FOR HEMORHEOLOGICALMEASUREMNETS: PLATELET AGGREGATION○Sehyun Shin (Korea University)

S-2

BIORHEOLOGICAL ASPECT OF MICROVESSEL FORMATION○Kazuo Tanishita (Waseda University), Yoshinori Abe (Keio University), Mariko Ikeda(Keio University)

Chair：Masako Seki (Kansai University)
S-3

THE ROLE OF CRITICAL SHEAR STRESS ON ACUTE CORONARY SYNDROME○Byoung Kwon Lee (Yonsei University College of Medicine), Sehyun Shin (Korea
University)

S-4

VASCULAR MECHANOBIOLOGY: FLOW DETECTION AND CALCIUM SIGNALINGIN ENDOTHELIAL CELLS○Kimiko Yamamoto (The University of Tokyo), Joji Ando (Dokkyo Medical University)

第２会場
9：10～10：10

OS5：ティッシュエンジニアリング・人工臓器(1)

座長：岩崎清隆（早稲田大）- 14 -

p.42～46

(43)日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013
OS5-1

血液凝固能および血小板凝集能からみた抗血栓性コーティングの特性に関する研究○水野敏秀（国立循環器病研究センター研究所），山岡哲二，築谷朋典，武輪能明，巽 英
介

OS5-2

低侵襲体外循環を目指した低充填量回路の作製 -ラット体外循環モデルを用いた評価○藤井 豊（国立循環器病研究センター研究所），巽英介，白井幹康，武輪能明，妙中義

之
OS5-3

空気圧駆動式人工心臓用小型駆動装置のための空気流量を利用した拍出流量モニタに関する実験的検討○大沼健太郎（国立循環器病研究センター研究所），本間章彦（東京電機大），住倉博仁（国立循環器病研究センター研究所），築谷朋典，武輪能明，水野敏秀，向林宏（株式会社イワキ），小嶋孝一，片野一夫（東京電機大），妙中義之（国立循環器病研究センター研究所），
巽

OS5-4

英介

表面粗さを付加した回転せん断負荷装置内全体の血流解析○西田正浩（産業技術総合研究所），工藤大樹（茨城大），丸山 修（産業技術総合研究所），
山根隆志（神戸大），松田健一，増澤 徹（茨城大）

OS5-5

循環器系人工臓器の粘弾性学的血液適合性評価○丸山

修（産業技術総合研究所），可児裕基（東京理科大），小阪亮（産業技術総合研究所），西田正浩，山根隆志（神戸大），巽 英介（国立循環器病研究センター研究所），妙中義之
12：40～13：28

OS5：ティッシュエンジニアリング・人工臓器(2)p.47～50

座長：西田正浩（産業技術総合研究所）
OS5-6

自己組織心臓代用弁（バイオバルブ）の生体外機能評価○住倉博仁（国立循環器病研究センター研究所），中山泰秀，大沼健太郎，武輪能明， 巽
英介

OS5-7

浮遊撹拌培養法による ES 細胞の未分化維持培養に関する検討○水本博（九州大），導寺香奈，網本直記，梶原稔尚

OS5-8

PVA ハイドロゲルの変形特性と摩擦特性○中嶋和弘（九州大），鎗光清道，澤江義則，村上輝夫

OS5-9

石灰化マルチチャネルコラーゲンゲルを用いた多階層構造を持つ再生骨組織の構築
安井 憲（北海道大），○古澤和也，福井彰雅，佐々木直樹

第 3 日目

6 月 8 日（土）第１会場
9：00～9：48

OS6：生体物質の構造形成と機能発現・制御(1)座長：喜多理王（東海大）
OS6-1

低摩擦ハイドロゲルにおける応力-拡散結合- 15 -

p.52～55

(44)日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013
○山口哲生（九州大）
，村上輝夫
OS6-2

リン脂質二分子膜リポソームの変形とリン脂質単分子膜の凝集状態
横尾麻衣（佐賀大），黒田修未，○成田貴行，大石祐司

OS6-3

醤油-アルギン酸ペーストの粘弾性挙動○松田夏希（佐賀大），井上侑子，Saphwan Al-Assaf（Glyndwr Univ）， 大石祐司（佐賀大）， 成田貴行OS6-4

ゼラチンゲルのレオロジーとヘリックス形成○槇 靖幸（群馬大），渡部 翔，矢島一樹，松尾光一（広島大）

10：00～10：48

OS6：生体物質の構造形成と機能発現・制御(2)p.56～59

座長：山口哲生（九州大）
OS6-5

マルチチャネルコラーゲンゲルの階層構造に与える温度の影響○古澤和也（北海道大），花崎洋平，増元淳一，福井彰雅，佐々木直樹

OS6-6

DNA-陽イオン界面活性剤複合体フィルムの構造と物性○佐々木直樹（北海道大），E. C. Ossai，岡田昴樹，大木翔太，古澤和也，福井彰雅

OS6-7

蠕動運動による腸内気泡の運動○多羅尾範郎（聖隷クリストファー大）OS6-8

気管支分岐付近での痰塊表面の剥離○多羅尾範郎（聖隷クリストファー大）12：30～14：00

岡小天賞・論文賞受賞講演

司会：大橋俊朗（北海道大），山本 希美子（東京大）15：00～16：12

OS4：細胞・分子のメカノバイオロジー

p.60～65

座長：大橋俊朗（北海道大），安達泰治（京都大）
OS4-1

マイクロチャネルデバイスを用いた細胞遊走時の牽引力計測○大橋俊朗（北海道大），菅原章人, Justin Cooper-White（The University of Queensland）

OS4-2 AFM を用いたアクチンフィラメントの曲率依存的な ARP2/3 との相互作用変化測定○韓 成雄（京都大），森田恭平，安達泰治
OS4-3細胞のマクロ形態とナノ構造の力学的制御○出口真次（東北大）
，松井

OS4-4

翼，齋藤 明，佐藤正明

間質流制御による 3 次元血管ネットワークの形成
阿部順紀（慶應義塾大），谷下一夫（早稲田大），○須藤 亮（慶應義塾大）OS4-5

低酸素環境下でのニューロン活性化が脳血管へ与える影響○荒井雅貴（九州大），佐藤竜也（芝浦工業大），工藤OS4-6

奨（九州大）

肝星細胞の遊走における力学刺激と受容体の関連性○隅井干城（九州大），藤田陵佑（芝浦工業大），岩下- 16 -

洸，工藤 奨（九州大）

(45)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

第２会場
9：00～9：48

OS2：循環器ダイナミクスと疾患

p.66～69

座長：築谷朋典（国立循環器病研究センター研究所）
OS2-1

内臓循環系に及ぼす脊髄損傷の影響と再生医療について○飯田紀子（北海道文教大）

OS2-2

骨粗鬆症による脊椎の変形と腹部大動脈瘤の関係 ―共同研究者・研究支援者を求めています―○本田 透（香川県立中央病院）

OS2-3

粥状動脈硬化斑の伸展試験○山田 宏（九州工業大），坂田則行（福岡大）

OS2-4

多孔薄膜カバードステントの開発（生体外模擬実験による瘤塞栓性能の予測）○田地川勉（関西大），紅林芳嘉，西 正吾（札幌東特洲会病院），中山泰秀（国立循環器病研究センター）

10：00～10：48

OS3：血液レオロジーと微小循環(1)p.70～73

座長：渡邉宣夫（芝浦工大）
OS3-1

大きさの異なる液滴のマージネーションのシミュレーション○牧野真人（山形大），関眞佐子（関西大）

OS3-2

円管内流れ中の粒子の分布○名村和平（関西大），三浦和真，板野智昭，関眞佐子

OS3-3

マイクロチャンネル法によるヒト赤血球変形能の定量評価（形状回復時定数に対する糖尿病指標の影響）○能田卓弥（関西大），久保田麻紀，田地川勉，池本敏行（大阪医科大），田窪孝行（大阪
医科大）

OS3-4

マイクロチャネル内流れ中の血小板模擬粒子の運動○田中慎之介（関西大），関

15：00～15：48

淳二，板野智昭，関眞佐子

OS3：血液レオロジーと微小循環(2)座長：丸山 徹（九州大）
OS3-5

赤血球集合に与える赤血球表面糖鎖の影響○外山吉治（群馬大）
，須田

OS3-6

巧，窪田健二非接触レーザー血流計による生体顕微鏡下での実質臓器微小血管血流計測○林浩大（芝浦工業大）
，柴田政廣

OS3-7

マクロおよびマイクロ血液循環解析手法によるポアズイユの法則の実験的検証○横川和弘（芝浦工業大）
，柴田政廣

OS3-8

骨格筋微小循環における酸素ダイナミクス○柴田政廣（芝浦工業大），濱島早紀，川村彩智- 17 -

p.74～77

(46)日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

ポスター発表会場
14：15～14：45

ポスターセッションコアタイム(1)p.78～81

座長：須藤 亮（慶應義塾大）P-1

高イオン強度下でのフィブリン凝集に対する糖鎖切除効果○窪田健二（群馬大），外山吉治，行木信一，落合正則（北海道大）

P-2

DYNAMIC SHEAR RESPONSES OF POLYMER-POLYMER INTERFACES○名嘉山祥也（九州大）
，梶原稔尚

P-3

血管内皮細胞内 PKCの局在変化におよぼす局所引張の影響○隅井干城（九州大），木村恭彰（芝浦工業大），島田知弥，土屋宏紀，工藤奨（九州大）

P-4

せん断応力負荷時の血管内皮細胞内アクチン局在特性○荒井雅貴（九州大），寺田麻理枝（芝浦工業大），工藤奨（九州大）

14：15～14：45

ポスターセッションコアタイム(2)p.82～85

座長：出口真次（名古屋工業大）P-5

チョウザメ由来アテロコラーゲンのゲル化に伴う粘弾性変化○関口拓磨（群馬大），槇 靖幸，近藤信吾，土橋敏明，元村まみ（長崎大），市川 寿，小柳佳子（北海道大），岸村栄毅，安部智貴，足立伸次，都木靖彰

P-6

豆乳・米粉混合ゲルの酸凝固○吉村美紀（兵庫県立大），江口智美，東羅あかね，中川究也

P-7

うどん麺のテクスチャーに及ぼす投入温度とタピオカ澱粉配合の影響○江口智美（兵庫県立大），山本美晴，吉村美紀

P-8

飲料中亜硝酸の還元による NO 産生
小川武人（川崎医療福祉大），○望月精一- 18 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

年会タイムテーブル
第 1 日目 6 月 6 日（木）第 1 会場（大会議室）

第 2 室（中会議室）
13:00～15:00
理事会評議員会合同会議
休憩
16:00～18:00
バイオレオロジー・リサーチフォーラム「細胞操作技術の新展開」

第 2 日目 6 月 7 日（金）第 1 会場（大会議室）
第 2 室（中会議室）
9:10～10:10 OS7
p.27~31
9:10～10:10 OS5
p.42~46
ヘルスケア食品レオロジー
ティッシュエンジニアリング・人工臓器(1)
休憩（10 分）
10:20～11:44
p.32~38
学術奨励賞応募講演
11:44～12:40
11:50～12:40
昼食
電子版 B&R 編集委員会
12:40～13:16 OS1
p.39~41
12:40～13:28 OS5
p.47～50血管障害と流体力学
ティッシュエンジニアリング・人工臓器(2)休憩（22 分）
13:50～14:50
p.22
特別講演「生体関節におけるバイオレオロジー」
休憩（10 分）
15:00～17:30
p.23~26
日韓シンポジウム
移動（30 分）
18:00～20:00
懇親会（ヒルトン福岡シーホーク）- 19 -(47)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

第 3 日目 6 月 8 日（土）第 1 会場（大会議室）
第 2 会場（中会議室）
9:00～9:48 OS6
p.52~55
9:00～9:48 OS2
p.66~69
生体物質の構造形成と機能発現・制御(1)循環器ダイナミクスと疾患
休憩（12 分）
10:00～10:48 OS6
p.56~59
10:00～10:48 OS3
p.70~73
生体物質の構造形成と機能発現・制御(2)血液レオロジーと微小循環(1)
休憩（12 分）
11:00～11:30
総会
11:30～12:30
11:30～12:30
昼食
Vascular Engineering 出版打ち合わせ会
12:30～14:00
学会賞受賞講演休憩（15 分）
14:15～14:45
p.78~85
ポスターセッション （多目的室）
コアタイム 14:15～14:43
休憩（15 分）
15:00～16:12 OS4
p.60~65
15:00～15:48 OS3
p.74～77
細胞・分子のメカのバイオロジー
血液レオロジーと微小循環(2)- 20 -(48)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

第 2 日目
6 月 7 日（金）- 21 -(49)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(50)

生体関節におけるバイオレオロジー
村上輝夫＊＊ 九州大学

バイオメカニクス研究センター[〒819-0395

１．緒言

福岡市西区元岡 744]

３．生体関節における変形現象

生体関節（図１）は，筋骨格系における円滑な関節軟骨は，骨端部海綿骨の表層を被覆する高運動や長期にわたる荷重支持を可能とする重要な含水性の固液二相軟質層でありコラーゲン線維で役割を担っている．骨端部の表層は高含水の軟骨強化された傾斜構造組織（図２）である．軟骨は組織により被覆され，潤滑性を有する関節液によ

圧縮荷重を受けながら摩擦運動を行うが，軟質でる潤滑作用を受けている高機能の軸受に相当する．

あり負荷時には海綿骨と相まった弾性変形により「生体および生体を構成する物質の流動と変形の科学」

面圧を低下するとともに弾性流体潤滑膜形成に寄と定義されるバイオレオロジーの視点から考察すると，与する．また，とくに動的な圧縮荷重に対しては，流動と変形という現象を巧みに活かした器官とみなさ

間隙液体圧力が荷重の大部分を支持するために軟れる．生体関節を流動と変形という視点から紹介する．

骨組織の変形は最小限に抑えられ，摩擦も低く維
持され，その機構は固液二相潤滑と称される．そArticular
cartilage

Synovial
fluids

こでは，コラーゲン線維によるばね作用や深さ方

Joint capsule

向の弾性率の変化（表層は深層の 1/20 程度の圧縮

Joint cavity弾性率）や透過率の圧密特性が液相荷重支持率のCancellous
bone

維持に寄与する．
Articular surface

Fig.1 Model of hip joint1)

Superficial tangentialzone (10-20%)
Middle zone
(40-60%)２．生体関節における流動現象
２．１ 関節液の流動現象

関節液は，高分子量ヒDeep zone (30%)

アルロン酸と血清希釈成分を含有しており，顕著な非Tide markSubchondral bone
Cancellous bone
(Trabecular bone)

Calcified cartilage

ニュートン性を有する粘性液体として知られ，いわゆ
Fig.2 Model of articular cartilage structure2)

る流体潤滑膜の形成や境界潤滑に寄与し，栄養補給媒体としても機能している．低せん断速度時には高粘性

４．関節における潤滑機構 3)(1 s-1 で 1 Pa・s 以上)により粘性膜を維持し，歩行時な体重の数倍の荷重を受ける下肢関節でも，摩擦どの高せん断速度時には粘度を低減させ(105~6 s-1 で数

係数 0.01 以下の低摩擦を維持し，優れた低摩耗性

m Pa・s 程度)，粘性抵抗を低減し低摩擦の維持に寄与している．一方で，粘弾性効果を呈し，法線応力の発により生涯にわたり機能を維持する．そこでは，多様な動作条件に対応して種々の潤滑機能を維持する多モード適応潤滑機構が重要な役割を果たし生も観測されている．多成分系である関節液では，成ている．生体軟骨を規範にしたハイドロゲル人工

分間の相互作用が粘性挙動に強く影響する場合があり，軟骨の開発に関する科研特別推進研究(23000011)

模擬関節液の選定などでは留意する必要がある．

の事例を含めて研究動向を紹介する．

流体潤滑では関節液によるくさび膜やスクイズ膜による動圧発生が荷重支持と低摩擦に寄与する．
２．２

固液二相軟骨組織における流動

生体

関節軟骨はコラーゲン線維とプロテオグリカン，
軟骨細胞から構成され，70～80%の水分を含むため
固液二相性材料に相当し，軟骨内の液体流動をともなう複雑な粘弾性挙動を示す．流体の保持と，流出入が後述の変形挙動にも大きい影響を有する．

文献1) 岡正典編集：人工関節・バイオマテリアル，メジカルビュー社，1990，p.ii(口絵)(一部加筆).
2) Mow, V.C. et al, : Biphasic and Quasilinear
Viscoelastic Theories for Hydrated Soft Tissues, In
Biomechanics of Diarthrodial Joints, Vol.1, V.C.
Mow et al (Ed), Springer-Verlag, 1990, 215-260.
3) 村上輝夫：生体関節と人工関節のバイオトライ
ボロジー， 「バイオメカニクスの最前線」，
佐藤正明，出口真次，安達泰治，村上輝夫，
廣川俊二著，共立出版，2013, pp.167-226.

- 22 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(51)

INTEGRATED MICROFLUIDIC SYSTEM FOR HEMORHEOLOGICALMEASUREMNETS: PLATELET AGGREGATION
Sehyun Shin＊＊School of Mechanical Engineering, Korea University [Anam-dong Seongbuk-gu Seoul, 136-713, KOREA]
3. Results

1. Introduction
Platelet aggregation and adhesion, both of which play

We demonstrated migration distance (MD) withcritical roles in hemostasis and thrombosis at sites of vascularvarying rotational speed. The present results show the

injury occur through complex signaling mechanisms

shear-dependence of platelet activation and adhesion

associated with vascular subendothelial matrix proteins (i.e.,

via the MD through the microchannel. MDs for blood

collagen), biochemical activators in blood (i.e., thrombin,

exposed to various shear rates between 0 and 4500 s-1

adenosine diphosphate [ADP], and von Willebrand factor

were monitored results. As the shear rate increased[vWF]), and hemodynamic factors (i.e., shear stress andfrom 0 to 1800 s-1, MD rapidly decreased until it

shear rate).6-8 Among these factors, shear stress influences

reached an asymptotic value between 1800 and 3600

all processes directly or indirectly and therefore should bes-1. Further increase in shear rate resulted in an

accounted for in any in vitro platelet analysis. This has longincrease in MD.

presented a challenge in the development of new testing
4. Discussion

methods for examining platelet function.
In this study, we developed a microfluidic systemthatprovidesa

simple

and

rapid

assay

for

The shear-dependent characteristics of MD can bedelineated with degree of platelet activation. In othershear-induced platelet aggregation and adhesion. As awords,

extentofplateletactivation

may

be

proof of principle, we demonstrated shear-dependent

proportional to the magnitude of shear rates, in whichplatelet aggregation and adhesion by measuring thecase, the gradual decrease in MR would be due to thedifference in migration distance (MD) of blood

intrinsic shear-dependence of the platelets. This

samples in a 2-channel microchip. The system

hypothesis was verified with FACS analysis withperformance was evaluated and optimized at room

counting activated platelets. Thus, the present rotating

temperature and vacuum pressure using varying

stirrer in a microchamber generated shear rates, which

agonist concentrations and stirrer rotation speeds.

can effectively activate platelets. Also, activatedplatelets were adhered and aggregated on the

2. Methods

collagen-coatedsurfaceand

The present study adopts a microfluidic system withshear-dependent migration distance.

resultedinrotating-stirrer for the platelet function assay. The
system consists of a micro-chamber coated with ADP,
entrance microchannels coated with collagen, the main
microchannel section, a solenoid vale, and a syringe
pump. The ADP-coated microchamber includes a
stirrer that can be remotely rotated by a magnet
mounted on a rotor. The rotating speed of the stirrer,
which is carefully controlled by the motor, ranges from
700 to 3500 rpm (the corresponding shear rates are
900–4500 s-1). Because of the characteristics of arotating

stirrer,thegenerated

shear

rates

are

intermittently applied on platelets. Therefore, thestirring time is extended to 3 min so that all platelets
are fully exposed to each shear rate and activated.

References
1) W. S Nesbitt, E. Westein, F. J. Tovar-Lopez, E.
Tolouei, A. Mitchell, J. Fu, J. Carberry, A. Fouras,
S. P. Jackson: A shear gradient-dependent platelet
aggregation
mechanism
drivesthrombus
formation, Nature Medicine, 15, 665-675, 20092) Y. Miyazaki, S. Nomura, T. Miyake, H. Kagawa,
C. Kitada, H. Taniguchi, Y. Komiyama, Y.
Fujimura, Y. Ikeda, S. Fukuhara: High Shear
Stress Can Initiate Both Platelet Aggregation and
SheddingofProcoagulant
Containing
Microparticles, Blood, 88, 3456-3464, 1996.
3) F. J. Tovar-Lopez, G. Rosengarten, E. Westein, K.
Khoshmanesh, S.P. Jackson, A. Mitchell, W.S.
Nesbitt: A microfluidics device to monitor platelet
aggregation dynamics in response to strain rate
micro-gradients in flowing blood, Lab Chip, 10,
291–302, 2010.

- 23 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

BIORHEOLOGICAL ASPECT OF MICROVESSEL FORMATION
Kazuo Tanishita*, Ryo Sudo**, Yoshinori Abe** and Mariko Ikeda*** Institute for Nanoscience and Nanotechnology,Waseda University, [Shinjyuku-ku, Tokyo, 162-0041,JAPAN]** faculty of science and technology, Keio University,[ Kohoku-ku, Yokohama, 223-8522, JAPAN]

expands the network because of repeated bifurcation

1. Introduction
The vessel network formation is essentiallyand elongation. We also found that spatial distribution

required to achieve the function of reconstructed 3Dof lamellipodia formed in the tip of the 3-D networks

cellular structure. Here we focused on the procedure ofpromoted the network extension under the influence ofthe tube formation of blood vessels induced withshear stress applied.

biomechanical environments, including the externalmechanical stimuli

Imaging technique revealed that cells cultured into the cells and mechanicalrigid and flexible gels formed 3D networks via

surroundings such as the mechanical properties ofdifferent processes. In the flexible gel, most cells

ECM. Thus we clarified the effect of shear stressinvaded the gel beneath the cell monolayer and formed

stimulus on three-dimensional microvessel formation

thin dense networks. In contrast, cells in the rigid gel

in vitro. Furthermore we focused on the effects of theinvaded into the gel as clumps and formed thickmechanical properties of collagen gel on the formation

networks that were sparsely distributed. Cells in theof 3D capillary-like networks within these gels.

rigid gel formed much deeper networks than those

2. Methods

formed in the flexible gel, with some reaching about

Bovine pulmonary microvascular endothelial
cells (ECs)120 µm beneath the gel surface.

were seeded onto collagen gels to make a

Cross-sections of the networks revealed thatmicrovessel formation model. The shear stress wasthose formed within the rigid gel had large lumens

applied on the surface of confluent layer of ECs andcomposed of multiple cells, whereas those formed

3D structure of microvessel formation was observed

within the flexible gel had small, intracellular vacuoles.

by the phase-contrast microscopy, confocal laser

Our results indicate that the mechanical properties ofscanning microscopy and electron microscopy.

adhesion substrates play an important role in

Furthermore bovine pulmonary microvacular ECs

regulating 3D network formation in vitro. In particular,

were cultured on a series of collagen gels of different

our findings are important when ECs are cultured withstiffness but the same collagen concentration. The 3D

other cells types such as hepatocytes andstructures of the networks were examined using

cardiovascular cells in 3-D substrates.

confocal laser scanning microscopy.

References
1) A. Ueda et al., Am J Physiol Heart Circ Physiol,
vol.287, PP. H994-H1002, 2004.
2) Y. Abe et al., Trans. JSME, Vol.76, pp.1061-1067,
20103) N. Yamamura et al. Tissue Engineering, Vol. 13,
PP.1443-1453, 2007

3. Results and Discussion
The results show that cells invaded the collagengel and reconstructed the tubular structures, containing
a clearly defined lumen consisting of multiple cells.
Furthermore the shear stress applied to the surfaces ofendothelial cells on collagen gel promotes the growthof microvessel network formation in the gel and- 24 -(52)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(53)

THE ROLE OF CRITICAL SHEAR STRESS ON ACUTE CORONARY SYNDROME
Byoung Kwon Lee＊，Sehyun Shin＊＊*

Department of Internal Medicine, Gangnam Severance Hospital, Yonsei University [211 Eonju-ro,Gangnam-gu, Seoul 135-720, Korea.]**

Department of Mechanical Engineering, Korea University [Anam-dong 5ga, Seongbuk-gu, Seoul
136-713, Korea]
Interestingly, CSS between UA and AMI were not

1. Introduction
Red blood cell (RBC) aggregation is major determinantsignificantly different. Mean value of ESR in patients groupsof whole blood viscosity at a low shear rate. Increased

were not significantly different, but showed increasing

aggregation of RBC is associated with many vasculartendency having the rank order of AMI > UA > SA.

diseases [1]. To understand RBC aggregation mechanism

CSS was analyzed the correlation with all available

and its physiological importance, a variety of indexes haveclinical laboratory variables. CSS was highly correlated with

been proposed. Recently, critical shear stress (CSS) by

inﬂammatory biomarkers, such as, WBC, hs-CRP, and thesimultaneous

parameters related RBC aggregation, such as, ﬁbrinogen,measurementofelectrical

impedance,

capacitance and light backscattering has developed, and is

ESRsuggested as an index of RBC aggregability [2]. CSS isdefined as either the minimum shear-stress required

4. Discussion

dispersing the aggregates. Therefore, we hypothesized that

The results of this study strongly support thehigher value of CSS might be associated increased

hypothesis of a linkage between ACS and RBC

thrombosis in ACS. The objective of this study is toaggregation indices, such as CSS, ESR, and low shear

investigate CSS and other hemorheologic parameters inviscosity. And, those aggregation indices are strongly

ACS and to evaluate the correlation with usual biomarkers

correlated with widely accepted risk factors forfor atherosclerosis such as ﬁbrinogen, hs-CRP, and ESR.

coronary artery disease, such as WBC, ﬁbrinogen.
CSS which can be directly measured by the present
transient, microﬂuidic aggregometer, were higher

2. Methods
Subjects presenting with typical angina who werevalue in ACS than SA. CSS might provide the usefulscheduled coronary angiography. Patients were diagnosed

information

on

the

characteristics

of

RBC

with stable angina (SA), unstable angina (UA) and acuteaggregation-disaggregation and hemorheological risk

myocardial infarction (AMI) based on the clinicalfor CAD. The CSS may be used in clinicalﬁeld as anpresentation, specific electrocardiogram (ECG) alterations

easily measurable novel risk marker for ACS.

and serum cardiac enzyme levels. 392 subjects were finallyenrolled this study consisted of 169 SA, 153 UA and 70

Acknowledgments

AMI subjects.

This work was partly supported by the R&Dprogramof MKE/KEIT (KI001810030039), Republic of Korea.

3. Results
Compared to the stable angina group, laboratory results
revealed elevated systemic inﬂammatory markers in ACS:
(1) White blood cell counts (WBC) were 19.4% higher in
AMI subjects (p < 0.001); (2) hs-CRP values were 2.6-foldgreater in the UA and 3.7-fold higher in the AMI group. So,
WBV is much higher in ACS than SA.
CSS, in unit of mPa, was 25.7% higher in ACS(333.8±147.8) than in SA (265.4±149.9) (p < 0.001).

References
1) B. K. Lee, A. Durairaj, A. Mehra, R. Wenby, H.
Meiselman and T. Alexy, Hemorheologicalabnormalities in stable anginaand acute coronary
syndromes,Clin Hemorheol Microcirc 39, 43–45,
20082) B.K. Lee, J. Ko, H. Lim, J. Nam, and S. Shin,
Investigation of critical shear stress withsimultaneous measurement of electrical impedance,
capacitance and light backscattering, Clin
Hemorheol Microcirc 51, 203–212, 2012- 25 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(54)

VASCULAR MECHANOBIOLOGY: FLOW DETECTION AND
CALCIUM SIGNALING IN ENDOTHELIAL CELLS
Kimiko Yamamoto＊, Joji Ando＊＊＊

Laboratory of System Physiology, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo [7-3-1 Hongo,

Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, JAPAN]＊＊

Laboratory of Biomedical Engineering, School of Medicine, Dokkyo Medical University [880 Kitakobayashi,Mibu, Tochigi 321-0293, JAPAN]

1. Introduction
Vascular endothelial cells (ECs) change theirmorphology, function and gene expression in response toshear stress generated by flowing blood, and although their
responses play important roles not only in the homeostasis of
the circulatory system but in blood-flow-dependent
phenomena such as anigogenesis, aneurysm formation andatherosclerosis, how ECs recognize shear stress and transmit
signals into the cell interior is poorly understood. Our
previous studies demonstrated that ATP-mediated calcium
signaling is crucial to shear stress mechanotransduction.1
Shear stress evokes a rapid, dose-dependent increase in
intracellular calcium concentration by causing an influx ofextracellular calcium through ATP-operated P2X4 ionchannels. P2X4 activation requires ATP, which is suppliedin the form of endogenous ATP released by ECs. In
addition, our study in P2X4-knockout mice revealed that theabsence of the calcium signaling triggered by shear stressleads to a reduction in endothelial NO production andimpairs vascular functions in vivo, such as control of bloodpressure, flow-induced vasodilation, and flow-mediatedvascular remodeling.2 The mechanism of ATP release as
an early resopnse to shear stress, however, is still unknown.
To analyze the dynamics of ATP release, we developed anovel chemiluminescence imaging method by using
cell-surface attached firefly luciferase and a CCD camera.3
2. Methods
The biotin-luciferase protein produced using a genetic
engineering method was attached to the biotinylated cellsurface of cultured human pulmonary artery ECs withstreptavidin. The cells were placed in a parallel-plate-typeflow chamber, and the flow chamber was placed on the stageof an inverted microscope. The ATP-free PicaGene reagent
was perfused at a constant flow rate through the chamber asa luciferase substrate solution. Luminescence emitted as aresult of the ATP-triggered luciferase breakdown of luciferin
was detected with a water-cooling electron multiplier CCD
camera, and extracellular ATP levels at the cell surface werevisualized by using the Aquacosmos software program.
The same cells were subjected to Ca2+ imaging. Cells were
loaded with the Ca2+-sensitive dye Fluo-4 and changes inintracellular Ca2+ concentration under shear stress weremonitored with a CCD camera.
3. Results and discussion
As soon as the cells were exposed to shear stress,
ATP was released from the entire surface of the cell
membrane, and the ATP signals were particularly
strong at localized regions at the edge of the cell,
thereby indicating the existence of two distinct

manners of ATP release, a diffuse manner and a highly
concentrated, localized manner.
The ATPconcentration reached more than 10M in thelocalized ATP release, but it remained below 1 M in
the diffuse ATP release.
Immunostaining of cells with an antibody tocaveolin-1, a marker protein for caveolae, revealed thatthe localized ATP release occurred at caveolin-1-richregions of the cell membrane.
Caveolin-1
knockdown with siRNA markedly suppressed the
localized ATP release, indicating involvement ofcaveolae in localized ATP release.
Ca2+ imaging combined with ATP imaging showed thatshear stress evoked a rapid increase in Ca2+ concentrationand the subsequent Ca2+ wave that originated from the samesite as the localized ATP release. Comparison between thestart of localized ATP release and increase in Ca2+
concentration showed that ATP release always preceded theCa2+ increase. Treatment of cells with angiostatin, a known
blocker of ATP release, almost completely abolished boththe shear-stress-induced ATP release and Ca2+ increase.
These results suggest that the localized release of ATP atcaveolae triggers the increase in Ca2+ concentration by
activating nearby purinoceptors.
4. Conclusions
The novel ATP imaging method allowed us tovisualize ATP release at the cell surface in real time,and demonstrated that exposure of cells to shear stresscauses the ATP to be released in two distinct ways:
diffusely and in a highly localized pattern. This
localized ATP release occurs in caveolin-1-richregions of the membrane and ATP release at caveolae
results in a rapid increase in intracellular Ca2+
concentration at these specific locations andpropagation of this signal throughout the cell in formof a Ca2+ wave. Clarification of the mechanisms of
ATP release should lead to a better understanding of
the mechanotransduction of shear stress.
References
1) Ando J. and Yamamoto K.: Vascular Mechanobiology: Endothelial Cell Responses to Fluid Shear
Stress. Circ. J. 73, 1983-1992, 2009.
2) Yamamoto K., Sokabe T., Ando J. et al.: Impaired
flow-dependent control of vascular tone andremodeling in P2X4-deficient mice. Nat. Med.
12:133-137, 2006.
3) Yamamoto K., Furuya K., Ando J. et al.:Visualization of flow-induced ATP release andtriggering of Ca2+ waves at caveolae in vascularendothelial cells. J. Cell Sci. 124, 3477-3483,
2011.

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(55)

しめ鯖づくりと体積相転移現象
川口美咲＊，市川 寿＊＊＊

長崎大学水産学部
長崎大学大学院水産・環境科学総合研究科 [〒852-8521 長崎市文教町 1-14]

＊＊

１．緒言

びに塩分濃度（▲）の変化(Fig.)は，酢酸浸漬後，しめ鯖は,酢と塩の相乗効果を利用して魚肉を魚肉の pH が 4，塩分が 2%に低下するまで，やや収締めて食感の形成を図り，同時に保存性を向上さ縮してしかも強度が高い状態，すなわち‘酢じめ’

せる伝統的な魚肉加工食品である．先に我々は，状態が保たれる事を示していた．

魚肉を酢に浸けると著しい膨潤（体積，質量増加）が生じる事，塩の共存はそれを抑制する事を見出した 1)．すでに酢じめと塩溶性タンパク質や酵素作用との関連等が報告されているが 2)，新たに，
しめ鯖製法と魚肉の体積相転移現象との関連性を指摘した 1)．そこで，しめ鯖製造工程に沿って魚肉の体積と物性変化の検討を行い，酢じめが引起こされる要件を明らかにしたいと考えた．
２．実験方法マサバ(Scomber japonicas)生鮮魚(平均体長 33cm，平均体重 530 g)の剥皮フィレを，体軸に直交して 5 mm 厚に切断した魚肉片を得た．これを，蒸留水または 5〜26%の NaCl 水溶液 100 ml に 24hr
浸漬し，続いて 4% CH3COOH 溶液 100 ml に 24hr 浸
漬し，浸漬過程で魚肉片の体積（V），質量(W)および破断強度(BS)の経時変化を測定した．体積は，Fig. Changes of volume and breaking strength of

レーザー変位計（OMRON,ZX2-LD50L）で計測した厚chub mackerel meat in salt- and acid-solutions

みと投影面積の積とし，質量は，電子天秤（SHIMADZU, AUW220）で精秤した．破断強度は，

この結果及びマサバ魚肉片を pH 2〜9 の 0.1 M

レオメーター（FUDOH,NRN-2010J-CW）を用いて，Na-Phosphate 緩衝液に浸漬した時の V/V0 比，W/ W0

幅１cm に切断した魚肉片の厚み方向から定速 6

比，BS/BS0 比の検討結果，さらにその系に NaCl を

cm/min でワイヤープランジャーを押当て測定した。

加えた時の挙動から考察すると，魚肉の酢じめは，

３．実験結果と考察

最初の塩水浸漬時に引起こされる「塩による浸透

マサバ魚肉片（浸漬実験前体積 V0,質量 W0,破断

圧効果」と，酢浸漬時に起こる「酸性下で生じる

強度 BS0）を，蒸留水に浸漬後 4% CH3COOH 溶液に体積相転移現象の塩による抑制」の相乗効果によ浸漬した結果，酢酸浸漬 3hr 後, V/V0 比 1.86，W/って誘起される現象である事が示唆される。２つW0 比 1.75 となって大きく膨潤し，BS/BS0 比は 0.57の物理現象，浸透圧変化，体積相転移と塩溶性タとなって軟化した．その後,魚肉は顕著に溶解し始

ンパク質の溶解という化学現象 2)を制御することめる事がわかった．一方，NaCl 水溶液に浸漬後酢

で，魚肉の酢じめ具合が調節できると考えられる．

酸に浸漬した場合の経時変化は異なり，Fig.に 26%
NaCl 水溶液 に浸漬した結果を示 した が，特にBS/BS0 比（◆）は塩水浸漬中 2.5 まで上昇した上，酢酸浸漬後 3hr で 4.67 まで上昇し，それ以降は低下した．魚肉片をすり潰して測定した pH（▼）並文 献1) 市川寿，土橋敏明，近藤信吾：魚肉食品加工とバイオレオロジー，日本バイオレオロジー
学会誌，19(2),60-68,2005
2) 下村道子:酢漬け魚肉の調理，調理科学，19(4),276-280,1986- 27 -

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(56)

ゲル強度に優れた魚鱗由来熱水抽出ゼラチンのキャラクタリ
ゼーション
岡 智子＊，Wang Xi＊＊，市川 寿＊＊，関口拓磨＊＊＊，近藤信吾＊＊＊，槇靖幸＊＊＊，土橋敏明＊＊＊＊

長崎大学水産学部
長崎大学大学院水産・環境科学総合研究科 [〒852-8521 長崎市文教町 1-14]＊＊＊
群馬大学大学院工学研究科 [〒376-8515 桐生市天神 1-5-1]

＊＊

１．緒言

トルは 237 nm に強い吸収を示し，FT-IR スペクト

海洋生物由来ゼラチンは，プロリンやヒドロキル（Fig.1）は 1,659 cm-1,1,534 cm-1, 1,242 cm-1

シプロリン含量が１割程低く，冷却時に形成されにそれぞれアミドⅠ，Ⅱ，Ⅲに帰属される吸収がるゲルは低融点で，しかも高強度ゲルを得難いと確認されたことから、一般に知られるゼラチンのされていた 1)。しかし、我々は、適切な酸・アル特徴を備えることが分かった。さらに 2,949 cm-1

カリ処理を施した後の魚鱗から，短時間の熱水抽にはアミド B に帰属すると思われる明瞭な吸収が出により市販の牛/豚由来食用ゼラチン同等以上観察され、コラーゲンでは認められるもののゼラの高強度ゲルを得る事が可能な事を報告した

2)。

チンで失われるとされる構造が保存されている事

この魚鱗由来ゼラチンについて，タンパク質化学も示唆された。動的粘弾性の測定結果(Fig.2，タ的特性とレオロジー特性の検討を行った。

ンパク質濃度；17.5 mg/ml)から，ゲル化温度は２．実験方法10.1 ℃，ゲルの融点は 21.0 ℃と求まり，また，

シログチ鱗から，前報2)に従ってゼラチン溶液

5 ℃で 2hr 冷却して形成されたゲルの G’,G”は，を得た。80 ℃，30min の抽出で最も高いゲル形成

それぞれ 270 Pa,11 Pa であった。ゲル状態では周能を示したことから，この溶液の紫外線吸収スペ

波数依存性が認められた。

クトル及び凍結乾燥物の FT-IR 吸収スペクトルを

なお，熱水抽出時間の経過と共にゲル形成能は低測定した。また，タンパク質溶液を昇温・冷却し下したが，SDS-PAGE 像から求めたα-鎖含量とβ-た時の動的粘弾性とその周波数依存性を測定し，鎖含量が特有の比の場合にゲル強度が高まる事がさらに，φ2.5 cm の円筒形ガラス容器に高さ 2 cm

示唆された。

注ぎ，5 ℃で 24hr 冷却して得たゲルの破断強度を計測した。また、得られたゼラチンのタンパク質
組成を SDS-PAGE 像のデンシトメトリーにより分析した。
３．実験結果と考察
シログチ鱗から得られたゼラチンは，115 kDaのα１− 鎖を 26%，110 kDa のα2− 鎖を 7%，190 kDaのβ− 鎖を 35%含んだものが最も高いゲル破断強度 3.80×104 N/m2 を示した。この溶液の UV-スペク

Fig.2 Rheological property of white croaker scale gelatin
Shere modulus G’ were acquired in the order of cooling (◆) and heating (■)
processes

文

Fig.1 FTIR spectrum of white croaker scale gela n obtained byheat-extrac on

献1) 市川寿，野崎征宣，大迫一史：藻場再生のための食害動物対策技術開発− 加工残滓からのコラーゲン抽出，長崎県水産部，74-83，2005．
2) 為田，岡智子,市川寿：ゲル強度に優れた魚鱗
由来熱水抽出ゼラチンの調製，第 35 回日本バ
イオレオロジー学会，日本バイオレオロジー
学会誌，26(2),98 ,2012.

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(57)

スケトウダラすり身の低温ゲル化過程のレオロジー特性
金田 勇, 青沼航平, 舩津保浩
酪農学園大学

食と健康学類 [〒069-8501 北海道江別市文京台緑町 582]

  P1  P2 2 (1)１．緒言
冷凍すり身は蒲鉾などの練り製品の中間原料

ここでは応力, は歪である. 一次の係数であるである. 練り製品の重要な食感である「足」はす

P1 はヤング率に相当するパラメータであり, 二次

り身のカッティング後に低温で放置する「坐り」の係数である P2 は応力―歪曲線が歪硬化を呈する

で向上することが知られている. しかしその低温場合は正の値を, また歪軟化を呈する場合は負のゲル化過程については不明な点が多く残されてい値になり, その絶対値はそれぞれ歪硬化あるいはる. 本研究では,スケトウダラすり身を用いて低温

歪軟化の程度を表す. 今回取得したデータはいず

ゲル化過程のメカニズムの解明を目的とした.

れも歪 0.01 を上回る領域で非線形になったため

２．実験方法(1)式で解析し, P1 および P2 の二つのパラメータを解凍した冷凍スケトウダラすり身（SFA 級）をフー得た. 解析結果を Fig.2 および 3 に示す.

ドプロセッサーでカッティングして測定サンプルとしヤング率に相当する P1 は 25℃以上での保持によりて供した. サンプルには3%の塩化ナトリウムおよび蒸大きな値になり“硬いゲル”になったことが見て

留水を 20%添加した.

取れるが, 一方で P2 の値はいずれのサンプルも正坐り工程でのすり身のレオロジー特性変化：回転式レの値でありこれらのサンプルが歪硬化を呈していオメータ ARES を用いサンプル温度を 5, 10, 25,およることがわかる, 絶対値は 10℃と 25℃では同程

び 30℃に保持し 20 時間動的弾性率変化を記録した.

度あり 30℃ではむしろ低下した.

加熱ゲルの力学物性：すり身サンプルを 5,10,25,およ5k

び 30℃で 20 時間保持した後に 80℃ 30 分間の加熱を

300k
4k

行い加熱ゲルとした. これらのサンプルを圧縮試験機

3k

P2

P1

200k

2k

（Insron MINI55）を用いて一軸圧縮による力学物性評

100k
1k

価を行った. 測定はすべて室温で行った.

0

cont

5℃

10℃

25℃

0

30℃

cont

pre-heating temp

３．実験結果

5℃

10℃

25℃

30℃

pre-heating temp

Fig.2 The P1 values of heated gels which were kept at various temperatures.

Fig.3 The P2 values of heated gels which were kept at various temperatures.

各温度での貯蔵弾性率の変化を Fig.1 に示す.
貯蔵弾性率の値は初期値で規格化した相対値（G’

４．考察

rel

）として示した. 5 および 10℃で保持したサン

所謂“坐り”を模した条件での低温処理によりす

プルはいずれも保持時間と共に上昇した. 一方でり身自体のレオロジー特性はその保持温度により25 および 30℃で保持したサンプルは実験開始よ

極めて異なった応答をしめし, 更にその後の高温

り２時間程度で急激に低下し, その後はほぼ一定

加熱により形成されたゲルは低温加熱処理の履歴の値となった. これらの結果よりスケトウダラすによりその力学物性が大きく変化することが確認

り身サンプルはできた. 講演では SDS-PAGE によるそれぞれのス

30℃以下の低 温でテージにおけるタンパク質の変化挙動のデータもの貯蔵により その示しながら坐り工程がすり身ゲルの力学物性変化

微細構造が大 きくに及ぼす影響について考察する.

2.5

2.0
5
10
25
30

G'rel

1.5

1.0

変化し、その変化は

0.5
01x104 2x104 3x104 4x104 5x104 6x104 7x104 8x104

time [s]Fig.1 Time development of the storage modulus for SURIMI at various
temperature. The storage modulus is normalized by the initial values.

保持温度によ り大謝きく影響され ることが明らかになった.
これら低温で保持されたすり身の加熱ゲルの力

辞

本研究は 2012 年度酪農学園大学共同研究の助成（採択 No.3）を受けたものである.

学特性の結果を示す. 本研究ではすり身ゲルを円筒形に成型して一軸圧縮試験を行い, 得られた応力―歪曲線を(1)式のような多項式で解析した.

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コーンスターチゲルのレオロジー特性に及ぼす米粉添加の影響○佐藤恵美子＊, 佐竹妙子＊＊ 新潟県立大学 人間生活学部健康栄養学科[〒950-8680 新潟市東区海老ヶ瀬 471]
１．緒言し、円筒型ガラスリング（直経20mm）に流し入れ

米粉は、食料自給率向上、及び小麦粉に代わる上下をガラス板で密閉し、8℃、24時間保存し、測食材として注目され、新潟県では米粉パン、麺等

定温度は20℃に保持してレオナー(山電,RE-3305

への需要が高まっているが、高齢者食への活用も型)にて、力学測定を行った。

米粉の普及拡大に繋がると考えられる。ブラマン
ジェとは白い食べ物という意味である。コーンス

３．実験結果及び考察

ターチ（トウモロコシ澱粉）で調製するのが本来①米粉添加の影響：かたさ応力の結果から、コーンであるが、糊化温度が80℃程度の高温であるため、スターチに米粉を添加したゲルは軟らかくなり、凝集

ゲル調製が難しく加熱中の水分蒸発も伴い硬いゲ

性は高い順にコーン、コーン・米粉、米粉となった。

ルになりやすい。そこで米粉を添加することによコーンスターチゲルの付着性は米粉を添加すると高くって、のどごしが良く飲み込みやすいブラマンジなった。クリープの瞬間弾性率 E₀ は、コーンスター

ェの調製が可能となるのではないかと考えた。本

チゲルの値が米粉添加 50%ゲルに比べて高く、弾性率

研究では、コーンスターチ100%のゲル、米粉ゲルの大きい順にコーン、コーン・米粉、米粉となった。

及びコーンスターチに米粉の添加割合を変えて、②添加剤の影響：牛乳添加によりかたさ応力や破断応

コーンスターチと米粉を各々50%ずつ同割合の混力の値(1%の危険率)が高くなり、凝集性や付着性がや合ゲルを調製した。さらに、各種澱粉試料に対しや増加した。クリープ測定では、コーンスターチ 100%て、添加剤の種類として水及び牛乳添加ゲルの静のゲルでは瞬間弾性率 E₀ の高い順に水、牛乳、水・的粘弾性、レオロジー特性について検討した。

牛乳となった。米粉添加ゲルは永久歪が大きいクリー
プ曲線になった。また、米粉 50%の添加ゲルでは、瞬２．実験方法

間弾性率の高い順に牛乳、水・牛乳、水となり、コー

供試コーンスターチ澱粉は、イオン株式会社製、ンのみのゲルとは添加剤の影響が異なった。ブラマン（Amylose28%,Amylopectine72%, 平均粒子径8～ジェに米粉を添加すると弾性率が小さく軟らかくなり、

10μm）、米粉は新形質低アミロース米(Amylose

凝集性や付着性がやや増して飲み込み易くなる。また

新潟市斎藤製粉株式会社製「秋雲粉」平

米粉添加ゲルでも牛乳添加により、凝集性や付着性が10.5%,

均粒子径17.7μm) を用いた。①澱粉の種類の影響やや大きくなることがわかった。

では、コーンスターチ40g(以下コーン)、コーンス
ターチ20g・米粉20g(以下コーン・米粉)、米粉40g(以４．結語

下米粉)に対して各々350gの水を加えて3種の試料

ブラマンジェには従来コーンスターチが用いられてとした。②添加剤の影響では、コーンスターチ40g、いるが、本研究からも米粉添加はユニバーサルデザイ

コーンスターチ20g・米粉20g、米粉40gの混合試料に対して、添加剤として水350g添加(以下水)、水

ンフードの第 4 区分に相当し、高齢者食の開発に米粉の活用が期待される。
謝辞

175g・牛乳175gの同割合添加(以下水・牛乳)、牛乳

本報告の一部は第 35 回日本バイオレオロジー学会

350g添加 (以下牛乳)の合計6種類を試料とした。試（新潟市）において、ポスター賞を受賞させていただ

料を電熱器450W、撹拌速度250rpmにて20分間加熱

いたきましたことを改めて、お礼申し上げます。

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(59)

トマトゼリーの食味と物性に関する研究－高齢者と若年者の比較－○筒井和美 1, 2，深川琴恵 1，田村朝子 2，荒井冨佐子 2，宮西邦夫 2，佐藤恵美子 2，廣神里奈 2，
早瀬和利 1，西成勝好 3，金巻栄作 4，二瓶英子 5，秋間美也子 5
1
2

１．緒

愛知教育大学 [〒448-8542 愛知県刈谷市井ヶ谷町広沢 1]
新潟県立大学，3 湖北工業大学，4 金巻屋，5 有明ハイツ

言ゼリーA 及びゼリーB はいずれも，UDF の区分

これまで，国産トマトを用い，増粘多糖類の添

3～4 の範囲内にあり，ゼリーA は，ゼリーB に比加濃度が異なるトマトゼリーの食味と物性についべて，最大応力と圧縮エネルギーが小さく，離水て研究を進めてきた

1, 2)．施設入所要介護の高齢率は有意に大きかった（p<0.05）．特に，離水率者を対象に食味調査を実施し，口腔状態の違いには経時的に増加し，増粘多糖類の添加濃度と正のよる食味評価を若年者と比較し，知見を得たので関係にあった．

報告する．

（2）食味調査

２．実験方法の 2 群に分け，前者を「高齢者Ⅰ」（平均年齢（1）トマトゼリーの調製

75.4±10.4 歳），後者を「高齢者Ⅱ」（86.8±6.7 歳）

高齢者を自立 18 名と要支援及び要介護の 14 名

国産トマト，製菓用混合増粘多糖類（ジェランとした．高齢者Ⅰ・Ⅱは，若年者（18.8±1.1 歳）

ガム，ローカストビーンガム，キサンタンガム等），に比べ，甘味とかたさの判定能力が低く，特に高グラニュー糖などを加えて加熱し，トマトゼリー

齢者Ⅱは高齢者Ⅰに比べて順応効果が低かった．

を調製した 2)．その後，室温で 1 時間放冷し，冷

高齢者Ⅱは，高齢者Ⅰに比べて，アンケートに基蔵庫で 24 時間保管した．なお，グラニュー糖の添づく咀嚼力に有意な差は認められなかったが，少加濃度は 25%とした．

ない歯数を補うため義歯を利用する者が多く，か（2）離水率の測定

たい食品を好む者が少なかったことが順応効果の3)

ティーバック法 より，
ゼリー50g に対する 20℃

低下の一因と考えられた．

での離水量を経時的（1，2，4 時間後）に計量し，離水率を見積もった．

４．結 言（3）テクスチャー測定

要介護度の高い高齢者は，食事中に義歯を使用

ユニバーサルデザインフード（以下，UDF と略するが，咀嚼力の低下等により，ゼリーの甘さやす）の試験法に基づいて，ゼリーのテクスチャー

かたさに対する判定能力や順応能力が低かった．

2)

を 20℃で測定した ．なお，測定時の圧縮速度は10mm/sec とした．

謝辞（4）食味調査（1）の増粘多糖類の添加量を変化させ，2 種類のゼリー（A；添加濃度 0.32%， B；添加濃度 0.65%）

食味調査に協力くださった皆様に感謝申し上げます．
なお，
本研究の一部は，平成 21～23 年度 新潟県立大学教育研究推進事業費の助成を受けて実施した．
付記して謝意を表します．

を用い，平成 24 年 8 月及び 12 月，高齢者 32 名，
若年者 22 名を対象に，「甘さ」「かたさ」について 2 点比較法により食味調査を行った．同時に，被験者の咀嚼力を把握するため，歯数，義歯使用の有無などを調べた．なお，本調査は予め愛知教育大学 倫理委員会の承認を得て実施した．
３．結果及び考察文献1) 筒井和美ら：産学連携による菓子開発と地産地消の推進，人間生活学研究 3，1-7（2012）2) 筒井和美ら：第 35 回日本バイオレオロジー学会年会
プログラム・抄録集 35, 41（2012）
3) Richard Ipsen et al.: Microstructure and viscosity of
yoghurt with inulin added as a fat-replacer. Annual
Transactions of the Nordic Rheology Society 9, 59-62（2001）（1）ゼリーの物理化学的特性- 31 -

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第2号

2013

(60)

単一赤血球変形能診断システム開発へ向けた実験装置の試作とその動作検証
都築達也＊，渡邉宣夫＊＊＊ 芝浦工業大学大学院 理工学研究科 [〒337-8570 埼玉県さいたま市見沼区深作 307]＊＊
芝浦工業大学 システム理工学部 生命科学科

Fig.1a Previous study1)

Fig.1b Concept for single
cell’s shape monitoring

２．実験方法
先行研究 1)を参考に高粘度赤血球サスペンション
溶液（粘度は血液のおよそ 200 倍）を準備した。試作
した実験装置を用いて 2Hz の正弦振動流れを発生させ，隙間中央部にある赤血球を 40 倍の対物レンズを通して高速度カメラ（MEMRECAM GX-1，nac）にて撮影した．撮影条件は，フレームレート 500fps，露光
時間 100µs/frame にて 139.2µm×302.4µm の撮影領域に
対し，464 pixels×1008pixels の画素数条件で実施した．

始終がモニタリング可能であることが認められた．比較的移動量の小さい 4 つの赤血球に対してモニタ上の移動軌跡を解析した結果が Fig.2 である．図上、y 軸は
流れ方向，x 軸は流れに垂直方向を表す。この図から，流れ方向におよそ 70µm，流れに垂直方向におよそ20µm の赤血球の場所移動が確認された．
30

The parallel direction to theflow[μm]

１．緒言
赤血球の形状変化する能力すなわち変形能は，糖尿病などの生活習慣病と関連することが示唆されるが、未だ信頼できる診断方法は確立されていない 1)．そこで，我々は上記の診断方法へ応用可能な変形能評価方法の確立に向け活動している。
我々が着目した先行研究 1)は周期的なせん断流
れ変化時の血球形状モニタリング手法である。この手法は、平行板間の血液に対し片側板のみ往復運動させる機構を用いた。変形能評価方法としての可能性が示された一方で、個々の細胞を常にモニタリングが不可能であるため平均的評価により、ばらつきが大きいという課題が生じた．その課題を解決するための我々が提案する機構は、2 枚の平行板のカウンターオシレーション機構（Fig.1b参照）である。この手法では、理論上、流れの隙
間中央部にある赤血球は静止した状態で観察可能になる．そこで本研究は、上記のカウンターオシ
レーション機構を用いた単一赤血球変形能診断システム開発へ向けた実験装置を試作する事、加えてその妥当性を評価する事を目的とした。

-15

10

0
-10

-5

-10

0

5

10

15

-20

-30

RBC1

-40

RBC2

-50

RBC3
RBC4

-60
The perpendicular
direction to theflow[μm]
Fig.2 Displacement of individual RBC

４．考察
撮影画像から，各赤血球は移動を伴いつつ，長軸は流れの向きに平行を保ったまま，周期的な形
状変化を繰り返していた．赤血球の流れ方向への移動挙動（Fig.2 の y 軸方向の移動）に関しては，対物レンズの被写界深度の幅の存在から想定内であったが， x 軸方向への移動挙動は想定外であった．流れに垂直方向へ移動した原因として，装置の動作時の機械的な遊びで流れに垂直方向へのガ
ラス板の動きが発生した可能性がある．しかしながら、これらの移動量は，ガラス板の振動幅 2.5mm
に対して流れ方向で 2.83%，垂直方向へ 0.71％であった事から，流れ場はある程度制御できた．
５．結言
カウンターオシレーション機構を有するせん断流れ発生装置を試作しその動作を検証した。実験結果から、
単一赤血球変形能評価手法として応用できる可能性が示唆された。

３．実験結果文

撮影画像から振動流れ環境下でいくつかの赤血球は，周期的な場所移動を伴いながらも変形流動挙動の一部

20

献1)N. Watanabe et,al，2006，Biophys J，91（5）:1984-98- 32 -

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第2号

2013

(61)

プリオンタンパク質におけるアミロイド性集合体を防止する
作用機序の解明佐伯政俊＊，森井尚之＊＊，橋本慎二＊＊ 山口東京理科大学

工学部応用化学科 [〒756-0884 山口県山陽小野田市大学通１－１－１]
産業技術総合研究所 バイオメディカル研究部門

＊＊

１．緒言

３．実験結果アルツハイマー病や牛海綿状脳症などで見られCRAP に BPAP-1 を混合し、蛍光測定による凝集防るアミロイド性の自己集積体の形成機構とその防止の評価を行ったところ、凝集の抑制効果が見ら

止法の解明は、病気の分子論的理解において不可れた。さらに、ペプチドの円二色性スペクトル測欠である。我々は、これまでの研究において、タ

定では、BPAP-1 がアミロイドを形成しない二次構

ンパク質工学的発想と固相合成法による系統的な造として存在することを示した。一方で、凝集を変異体有機合成からアミロイド集積体のアミノ酸防止しないように設計した NBP は凝集の抑制効果

残基レベルでの構造的法則性を明らかにし、プリが見られなかった。また、GBP の蛍光測定による

オンのアミロイド集積構造の中核となる領域を導凝集防止の評価では、シートの両端付近に位置す

き出した[1-3]。本研究では、プリオンのアミロイ

るアミノ酸残基を置換した GBP-1、 GBP-4、GBP-9ド形成の中核の構造を基に、アミロイドの形成をのペプチドは蛍光強度の増加が見られた。

防止するペプチドを設計し、そのメカニズムを検証することを目的とした。

４．考察
BPAP-1 は、プリオンタンパク質のアミロイドの２．実験方法形成を抑制していると考えられる。BPAP-1 が凝集

プリオンのアミロイドを形成する核領域（CRAP）の核に結合し、さらなる凝集を防止しているのに対集積体形成を防止するために、CRAP のアミノ酸配列をし、NBP は凝集核へ結合しない設計のために凝集

基に、凝集に深く関っているアミノ酸残基を親水性残を防止しなかったことからアミノ酸配列の法則性

基に置換したペプチド（BPAP-1）を設計した。また、に基づいた BPAP-1の設計の妥当性を支持している。

BPAP-1 の配列の妥当性を評価するために、CRAP に認識

また、Gly 置換したペプチドの結果から、ターすると想定されるアミノ酸残基の疎水性を弱めたペプン部位に近いアミノ酸残基は CRAP の認識が弱く、チドを設計した。さらに、BPAP-1 において CRAP を強シートの両端付近に位置するアミノ酸残基は認く認識しているアミノ酸残基を特定するために、CRAP

識が強い可能性がある。

と結合する側の疎水性残基を Gly に置換した一連のペプチドを Fmoc 固相合成法により合成した（図１）。

５．結言構造モデルに基づいて設計したペプチド BPAP-1

CRAP
BPAP-1
NBP-1
NBP-2
NBP-3
NBP-4
GBP-1
GBP-2
GBP-3
GBP-4
GBP-5
GBP-6
GBP-7
GBP-8
GBP-9

D C V N I
V N I
N N I
V N N
V N S
V N I
G N I
V N G
V N I
G N I
V N G
V N I
V N I
V N I
V N I

T I
N I
N N
N I
N I
N I
N I
N I
N G
N I
N I
N G
N I
N I
N I

K Q H T V T T T T K G E N F T
K D a T V N T N T
K D a T V N N N T
K D a T N N T N N
K D a T S N T N S
K D a V T T N T N
K D a T V N T N G
K D a T V N G N T
K D a T G N T N T
K D a T V N T N T
K D a T V N T N T
K D a T V N T N T
K D a T G N T N T
K D a T V N G N T
K D a T V N T N G

図１．アミロイドの形成を抑制する設計をした BPAP-1、および親水性残基に置換したペプチド NBP と Gly に置換したペプチド GBP のアミノ酸配列

CRAP の凝集抑制効果を調べるために、CRAP にモル比1:1 で設計ペプチドを添加し、蛍光測定を行った。また、二次構造を調べるために円二色性スペクトル測定を行った。

は、特にシートの両端付近に位置する疎水性残基の相互作用により、CRAP に結合し、アミロイドの形成を抑制していることが示唆された。
文

献1) Saiki, M., Honda, S., Kawasaki, K., Zhou, D.,
Kaito, A., Konakahara, T., and Morii H.:
Higher-order Molecular Packing in Amyloid-like
Fibrils Constructed with Linear Arrangements ofHydrophobic and Hydrogen-bonding Side-chains.
J. Mol. Biol., 348, 983-998, 2005.
2) Saiki, M., Konakahara, T., and Morii H.:
Interaction-based evalution of the propensity for
amyloid formation with cross- structure. Biochem.
Biophys. Res. Commun., 343, 1262-1271, 2006.
3) Saiki, M., Hidaka, Y., Nara, M., and Morii H.:
Stem-Forming Regions That Are Essential for the
Amyloidogenesis of Prion Proteins. Biochemistry,
51, 1566–1576, 2012.

- 33 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(62)

光学顕微鏡による熱拡散現象の直接的観測法の開発
村田飛鶴*，喜多理王*，新屋敷直木*，八木原晋**東海大学大学院理学研究科 [〒259-1292 神奈川県平塚市北金目 4-1-1]

１．緒言の軌跡から得られた、任意の時間間隔での微粒子

分子の拡散現象のひとつであるルードヴィッ
ヒ・ソレー効果(ソレー効果)と呼ばれる熱拡散現の x 方向への移動距離とその頻度を示した。実線
は微粒子の確率密度分布関数

象に着目する。二成分からなる混合流体に対して

f x  

安定的な温度勾配 T を与えると溶質分子は低温側へ拡散し、見かけ上安定的な濃度勾配 n が形



 xx 2 
1
exp  2 Dx t 
2Dx t…(2)成される。この時の溶質分子の流束 J はのフィッティングによって得られたものである。

J  Dn  nDT T

リスチレン微粒子はガウス分布の形状を保ったまx は移動距離の平均値、  は標準偏差である。ポ…(1)で表される。ここで D は相互拡散係数、 n は溶質

ま分布のピークは低温側へシフトした。また微粒分子の個数、 DT は熱物質拡散係数である 。この子の x 方向への相互拡散係数は温度勾配に依存し現象は生体分子の機能と関連する事が示唆されてなかった。そして x 方向への微粒子の平均並進速

いるが、実測は困難である。本研究では、ソレー

度は温度勾配に比例した。この結果から

1)効果を定量的に測定・解析する為に温度勾配下にJ  v  DT T

おいてブラウン運動する微粒子の直接観察を行な…(3)った。この為に顕微鏡のステージ上で温度勾配をが得られ、これよりポリスチレン微粒子の熱物質形成する装置を試作し、詳細な解析を試みた。

拡散係数 DT を算出する事ができた。ここからソレー効果を特徴付けるパラメータであるソレー係数 ST が

２．実験方法得られた。

サンプルは超純水で 5000 倍希釈したポリスチ
レンラテックス(粒子直径 0.50μm)を用いた。サン

x 方向

200

Hot Sideの枠が付いたスライドガラス(図 1)を用いた。2 つ

t = 1snumber,nx

プルセルは中央に厚さ 0.6mm、直径 15mm の円形

Cold Side

100のペルチェ素子を温度調節する事で液相に対し水t = 3st = 10s

平に温度勾配を付与させた。サンプルに付与した
0-10

温度勾配は T  0.20 ~ 0.19C/mm とした。その勾配下におけるポリスチレン微粒子のブラウン運動

0
10
20
30
displacement, x(m)Fig.2 The frequency of the displacement of the microparticles to x
direction when the temperature gradient is given to the x direction
as ∇T = - 0.12℃/mm.

を光学顕微鏡およびカメラを用いて動画撮影し、軌跡を解析した。ここで、微粒子は 2 次元方向 x, yに運動すると仮定した。

５．結言
今回試作した装置によって温度勾配を駆動力として低温側へ拡散する微粒子を可視化する事でソレー効果を定量的に測定・解析する事ができた。今後は得られた熱物質拡散係数の妥当性を検討していくとともに

Fig.1. Schematic picture of the sample cell with a round frame ,side view (left) and front view (right).

様々な実験条件における微粒子のブラウン運動を観測・解析していく。

３．実験結果および考察

文

ポリスチレン微粒子は一様な温度においてはブ
ラウン運動をしながらランダムな方向へ拡散したが、温度勾配下ではブラウン運動をしながら低温

献1) 岸川友貴, 喜多理王：ソフトマテリアルの熱誘起分子拡散のレーザー計測，レーザー研究，38，
107，2010．

側へ拡散した。図 2 に温度勾配下における微粒子- 34 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(63)

小型 FALLING NEEDLE RHEOMETER を用いた血液の流動特性の解析
鈴木貴雅＊，山本秀樹＊，川村公人＊＊， Dominik Bernitzky＊＊＊，Roberto Plasenzotti＊＊＊＊ 関西大学大学院 環境都市工学部 [〒564-8680 大阪府吹田市山手町 3-3-35]
アサヒグループホールディングス株式会社 [〒302-0106 茨城県守谷市緑 1-1-21]＊＊＊
Core Unit for Biomedical Research, Medical University of Vienna[Waehringer Guertel 18-20 / AKH1Q, A-1090 Wien, Austria]＊＊

内壁速度を境界条件として, 被測定流体の構成方

１．緒言
血液の粘性率は血液流動解析において重要な基礎物

程式と連立させ解くことで, 剪断応力(τ)と剪断

性値の一つであるが, 凝固特性等から測定は困難であ

速度(γ)の関係を得た 1) 2).

り, 実測例も限られているのが現状である. 本研究室

３．実験結果ではこれまで, 血液の流動特性(粘性率)を高精度で測ヒト血液の流動曲線を Fig.2 に示す. 結果より

定可能な小型落針式レオメーター (Falling Needle

解析によって得られたプロット群から, Casson 流

Rheometer,FNR)の開発を行ってきた. 本研究では採血体としての挙動を確認できた. 剪断速度に対する直後(3 分以内)のヒト血液の流動解析を行い, 低剪断

見かけ粘度の関係を Fig.3 に示す. 同一人物の血速度領域における血液粘性率について測定を行った.

液を抗凝固剤の添加の有無で比較すると,高剪断２．実験方法速度における血液の見かけ粘度は 5.29 および 5.10

実験装置の概略図を Fig.1 に, 写真を Photo.1 に

mPa·s となり抗凝固剤を添加しない血液の方がわずか示す. 装置は鉛直方向に設置された透明な二重円に高い値となった. 本装置で測定した抗凝固剤入り血筒管構造となっており内径 8mm, 高さ 90mm のセ

液粘度は, Fig.3 に示す他の研究者が報告している

ル内の流体中に金属(Fe,W)が封入された 8 本のニ

回転式粘度計を用いた血液粘度と同程度の値を示しードル(φ2×20mm)を自由落下させ流動解析を行う.

た 3)-5). また, 剪断速度が 150s-1 以下における見かけ

使用するニードルは低剪断速度域の解析用に密度

粘度は, 剪断速度が小さくなるにつれて抗凝固剤を添調整を行っている. 測定セルに導入される流体の加しない血液の方が高くなることを確認した.

体積は約 4cm3 となっている. 試料温度は, ペル

４．考察

チェ素子による温風を循環させ制御している. セ

低剪断速度領域における流動曲線上の非ニュール上部には機械制御によってニードルを自動落下

トン流体挙動, 見かけ粘度の上昇は, 血液中の赤させるため, ランチャー部と突き出し棒が一体と血球の凝集現象と密接な関係があると考えられる.

なっている. セル下部にはニードルの落下速度を

血液は低剪断速度域では赤血球が凝集する特性を測定するためのセンサーが設置されている.

有しており, 粘性が増加したと考えられる.

ＦＮＲは, 終末速度で自由落下するニードル周辺の流体モデルを解析し, ニードル周辺の力のつりあい, ニードル周囲の微小円柱殻状の流体要素に働く力のつりあい, ニードル落下に伴い動く連続層側の流体量のつりあいをニードル表面速度と文献
1) H.Yamamoto et al.,Int.J.Thermophysics, 31,
2361-2379 , 2010.
2) H. Yamamoto, J.Chem.Eng.of Japan 25, 803, 1995.
3) Ditzel .J, Dan.Med.Bull. 15, 49-53 , 1968.
4) Litwin MS, Chapman K, Stoliar JB., Surgery
1970,67, 2, 342-345 , 1970.
5) H. Fujinaga, Jpn.J.Hyg., 39 ,4 , 1984.

3

20

Metal

1
I : Casson fluid region
II : Transition fluid region
III : Newtonian fluid region

Needle collector

polypropylene00100 200 300 400 500 600
Shear rate γ [s-1]Apparent viscosity [mPa s]

20

Thermometer

Shear stress τ [Pa]

90
50

2
Cell CoverSensor

10

160

12

2
I

Cell

8

II

blood without anticoagulant (FNR)

・III

blood with anticoagulant (FNR)
blood with anticoagulant(rotary viscometer) 3)
blood with anticoagulant(rotary viscometer) 4)
blood with anticoagulant(rotary viscometer) 5)

10

0

0

100

200 300 400
Shear rate γ [s-1]500Fig. 1 Schematic diagram of Photo1. Photograph of the automatic Fig.2 Flow curve of fresh human blood for
Fig.3 Relationship between apparent
falling needle rheometer
experimental apparatus
viscosity and shear rate
male without anticoagulant at 310.15 K- 35 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(64)

温度勾配による糖およびエチレングリコール水溶液の輸送現象
前田晃作*，篠原春香**，喜多理王*，新屋敷直木*，八木原晋**東海大学大学院総合理工学研究科 [〒259-1292 神奈川県平塚市北金目 4-1-1]**東海大学大学院理学研究科
１．緒言

軸は温度差を作用させてからの経過時間 t である。z

多成分混合流体に温度勾配を作用させると、濃は溶液の屈折率に比例し、0.02 時間付近と 1 時間付近

度勾配を形成した状態で定常状態に至る。これは、で 2 段階の変位が見られた。それらはそれぞれ温度勾

濃度勾配を駆動力としたフィックの拡散と温度勾配の形成（dn/dT）と濃度勾配の形成（dn/dc）に起因す

配を駆動力とした熱物質拡散のつり合いに起因する。濃度勾配に起因するシグナルの振幅から、形成さる現象で、2 成分系では流束 J を用いて、れる濃度差を計算した結果が図 2（b）の縦軸である。

(1)J  Dc  c1  cDTTで表される[1]。は溶液の密度、D は拡散係数、c

横軸には作用させた温度差を取った。測定温度範囲には溶質の重量分率、DT は熱物質拡散係数、T は平

比例関係

おいて作用させた温度差と形成された濃度差の間にはc  c1  c 

成分が温度勾配の高温側へ拡散するが、糖、タン

DT
(2)
T
D
が成り立ち、各温度差において D と DT を定量的に決パク質、DNA 等の水溶液で、逆の現象が確認され定できる事が明らかとなった。発表では更に糖やエチており、そのメカニズムは解明されていない[2,3]。

レングリコールの結果を用いて濃度依存性、温度依存

また、作用させる温度勾配の大きさを変えての測性、分子量依存性の結果を示す。糖[3]や様々な生体高定はその難しさから測定されてこなかったが、独分子[2]では共通の温度依存性を見せているが、エチレ

自の改良を施したビームベンディング（BB）装置

ングリコールのような非生体分子には生体分子とは系を開発し、溶液に作用させる温度差を定量的に変統的な違いがある事が明らかになってきた。

ち重い溶質成分が温度勾配の低温側へ、軽い溶媒

 (a)








下での系統的測定を通じて、熱物質拡散の分子論的解釈を深める事を目的とする。
２．実験方法
測定試料には、分子量や形状の異なる 13 種類の糖と、エチレングリコールオリゴマー（EG - 6EG）、
ク ラ ウ ン エ ー テ ル （ 12-crown-4 、 15-crown-5 、

T = 4.0 oC

3.0 oC
2.0 oCz / mm化させた観測を行った。本研究では、様々な条件

1.0 oC

.0 oC
.0 C
.0 oCo

.0 oCt / hour











c / wt%

均温度である。分子運動論的解釈では 2 成分のう(b)5.0 wt%10.0 wt%
20.0 wt%
30.0 wt%
40.0 wt%
45.0 wt% T / oC

Figure 2. (a) Typical results of Beam Bending signals of 45.0 wt% C12E5
aqueous solution at 23.5 oC for various temperature gradients. (b) The
developed concentration difference as a function of temperature difference forvarious concentrations of C12E5 aqueous solutions.

18-crown- 6）、グリセロール、非イオン性界面活性剤（C12E5）を用いた。溶媒には超純水（milli-Q）
文を用いた。測定装置には試作した BB 法（図 1）と熱拡散型強制レイリー散乱（TDFRS）法[4]を用いた。

Figure 1. Side view of Beam Bending method. Laser pass l = 20 mm,
distance between sample and detector L = 180 - 450 mm, and thickness ofsample (T-direction) d = 1.5 mm.

３．結果と考察
図 2（a）は C12E5 水溶液において BB 法で得られた測定結果の例である。縦軸はレーザー光の変位z で横献1) de Groot S. R. and Mazur P.: Non-equilibrium
Thermodynamics, New York: Dover, 1984.
2) Kishikawa Y., Wiegand S., and Kita R.:
Temperature Dependence of Soret Coefficient in
Aqueous and Nonaqueous Solutions of Pullulan.
Biomacromolecules 11, 740-747, 2010.
3) Kishikawa Y., Shinohara H., Maeda K., NakamuraY., Wiegand S., and Kita R.: Temperaturedependence of thermal diffusion for aqueous
solutions of monosaccharides, oligosaccharides,
and polysaccharides. Phys. Chem. Chem. Phys. 14,
10147-10153, 2012.
4) Wiegand S.: Thermal diffusion in liquid mixturesand polymer solutions. J. Physics-Condences
Matter 16, 357-379, 2004.

- 36 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(65)

局所的に非一様な粒子群中の透過流動
大友 涼子＊，原田 周作＊＊
＊ 関西大学 システム理工学部 [〒564-8680 大阪府吹田市山手町 3-3-35]＊＊
北海道大学大学院 工学研究院
1. 緒 言透過流動は血液透析や人工臓器，イオン交換ク
ロマトグラフィーなどでみられる重要な現象の一つである．こうしたプロセスでは，濾過膜の形状
やイオン交換担体の充填構造といった固相の形状と内部の流体の透過率との関係を理解することが不可欠となる．本研究では，局所的に非一様な構造をもつ粒子群中の透過率を理論計算によって算出し，粒子のサイズ分布および空間分布が透過特性に与える影響について調べることを目的とする．
2. 計算方法
Stokes 流れ場を対象とし，Stokesian dynamics 法 1)に基づき，多粒子の存在による流体力学的効果を考慮した流動場解析を行う．多重局展開によって得られた流体速度 u と粒子－流体間の相互作用力 F との関係は係数行列 M を用いて以下の式で表される．
u M F(1)

本研究では，多分散系に拡張した Ewald の格子和をとることにより係数行列 M に周期境界を適用し，無限
粒子層および一方向に端部を有する有限粒子層を表した 2),3)．最終的に，Darcy の法則 u = ( k ΔP /L) e(ただしは流体粘度，ΔP /L は圧力勾配)と，式(1)で表される流体速度 u と粒子－流体間の相互作用力 Fとの関係から透過率(permeability)を算出した．
3. 結果および考察
Fig.1 に示す通り，粒子の存在確率を重みづけする
成層度 というパラメータを設定し，局所的に成層した粒子群を定量的に表現した．Fig.2 にさまざまな成層度における無次元 permeability k /a02 を示す．成層構造(→0)の permeability は一般的に，各層におけるpermeability kl の逆数，つまり各層の透過抵抗の加算によって表される．
1
 c L 1k    l l 1 L k l (2)

ただし L は層全体の厚さ，Ll は各層の厚さである．一方，ランダム構造(→∞)の場合，permeability は粒子ccの面積平均径 a   al N l  al N l (Nl は半径 al の
l 1
l 1
粒子数)および粒子体積率の等しい単分散粒子群のpermeability kmono( )によって近似的に表される 4)．
3k  k mono  

2

a
a0

2

2

(3)

Fig.2 より，の両極限における本計算結果はそれぞれ，式(2)および式(3)の結果とおおよそ一致し，そのz(a)  =2(b)  =20(c)  =200
Fig.1 異なる成層度 を有する粒子層 ( 粒子体積率 =0.2, ln = 0.4)．流体は z 方向に透過する．

(3))
(2)
(4))

Fig.2 成層度と無次元 permeability k /a02 (= 0.2)．a0 は代表粒子半径(ここでは 50%粒子径の半径)，は粒径分布の標準偏差であり，分散性の大きさを表す．

中間では permeability は成層度 に依存した値を示す．そこで式(2)で表される加算性を利用し，微小領域
dz における局所的な透過抵抗から permeability を次のように算出する．
1
L 1

L 1 11k  
dz    
dz 
2


 0 L k z  2L 0 k mono a z  a 0 

1

(4)

ここで局所 permeability k (z) は，微小領域 dz における局所的な面積平均径 a z  から，式(3)の近似式を用いて算出した．Fig.2 から，式(4)によって得られた近似解が本理論計算結果をおおよそ再現していることがわかり，
非一様な粒子群中の permeability が局所的な粒径分布に依存する局所透過抵抗の加算によって表されるというメカニズムが明らかとなった．
4. 結言
局所的に非一様な粒子群中の permeability が，各位置における面積平均径に依存した局所透過抵抗の加算によって決定されるというメカニズムが明らかとなった．
文 献1) Brady J. F., Phillips R. J., Lester J. C. and Bossis G.: J.
Fluid Mech., 195, 257-280, 1988.
2) Beenakker C. W. J.: J. Chem. Phys., 85, 1581-1582, 1986.
3) Otomo R. and Harada S.: Transp. Porous Media, 96,
439-456, 2012.
4) Sarkar S., van der Hoef M. A. and Kuipers J. M. A.: Chem.
Eng. Sci., 64, 2683-2691, 2009.

- 37 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(66)

摩擦負荷培養法による再生軟骨組織形成とその力学特性に関する研究福田圭祐＊，澤江義則＊＊，小俣誠二＊＊＊＊

九州大学大学院工学府機械工学専攻
九州大学工学研究院機械工学部門＊＊＊
九州大学バイオメカニクス研究センター先進生体材料部門
＊＊

１．緒言

３．実験結果関節軟骨は，関節の骨表面を覆い，軟骨細胞と培養後の軟骨組織モデルの表面の様子を Fig.2

細胞自身から産生される細胞外基質(ECM)と呼ばに示す．摩擦負荷群の表面にはローラーが接してれる巨大分子構造で構成され，衝撃吸収や摩擦軽できた摺動痕が存在した．

減などの重要な役割を担っている．しかし，自己再生能力に乏しく，自己治療は困難となっている．
現在，関節軟骨が損傷等した場合の治療法として，患者の細胞を用いる自家培養軟骨移植術が注目されている背景から軟骨細胞の培養の研究は進められており，培養中の再生軟骨組織に力学的負Fig. 2荷，特にせん断変形負荷を与えるとⅡ型コラーゲ
ンの産生が促されることが明らかにされている

培養後の再生軟骨組織モデル

定量の結果，GAG，Ⅱ型コラーゲン共に摩擦負荷

１）．

群の方が対照群よりも含有量が高くなった．

しかしながら，軟骨組織特有の層状構造やプロテ

また，蛍光観察の結果，摩擦負荷群では，表面オグリカン(PRG)による最表層の形成などの構造

付近のⅡ型コラーゲン密度が高くなるなど，ECM的異方性を再現するまでに至っていない．

の分布に違いが確認できた．

本研究では，培養中の再生軟骨組織に歩行時のような複雑な力学的負荷を組織に与えた場合の影

粘弾性特性を調べるために貯蔵弾性率，損失弾性率を計測したが，傾向は確認できなかった．

響を知るために，ローラーを用いて再生軟骨組織
表面に摩擦負荷を与え，その影響について調べた．

４．考察

２．実験方法

Ⅱ型コラーゲンの産生と分布に影響が現れ，構造

定量，蛍光画像観察から，摩擦負荷を与えると牛から採取した軟骨細胞をアガロースゲルに播種し的異方性となる可能性が示唆された．また，Ⅱ型たものを再生軟骨組織モデルとし，Fig.1 に示す摩擦コラーゲンの量，密度が増加したため，その線維負荷培養装置を用い，ローラーによる摩擦負荷を与え網に存在する PRG も増加したからと考えられる．

ながら培養を行った．培養は摩擦負荷培養装置を用いて培養した摩擦負荷群と，同じ方法で作成し，摩擦負５．結言

荷を与えずに培養した対照群を同時に行った．

牛の軟骨細胞をゲルに播種したものを再生軟骨
組織モデルとし，表面に摩擦負荷を与えながら培養した結果，ECM の産生量，分布に影響が確認でき，再生軟骨組織モデルは生体関節軟骨組織の持つ特徴に似た構造を持つことが示唆された．
謝Fig.1 摩擦負荷培養装置

本研究は科研費（233600076）の助成を受けたもので培養後の組織モデルに対し，ECM であるグリコ
サミノグリカン(GAG)およびⅡ型コラーゲン含有辞

ある.

量の比色定量を行うとともに，組織モデル断面の蛍光観察による構造評価，レオメータを用いた組織モデルの粘弾性特性測定を行った．

文

献1) Waldman, S. D. et al., J.Orthopaedic
Research, 21(2003), 590-596.

- 38 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(67)

Flow Diverter (FD)を留置した脳動脈瘤内の血流シミュレーション
鈴木貴士＊，高尾洋之＊＊，石橋敏寛＊＊，増田俊輔＊＊，門倉翔＊，Ashraf Mohamed＊＊，
銭逸＊＊＊，山本誠＊＊＊＊，村山雄一＊＊＊

東京理科大学大学院 工学研究科 機械工学専攻 [〒125-8585 東京都葛飾区新宿 6-3-1]＊＊
東京慈恵会医科大学 脳神経外科，＊＊＊マッコーリ大学 先進医療学科，＊＊＊＊
東京理科大学 工学部 機械工学科，

１．緒言な解になることを防ぐため，流入・流出境界には 75

近年，脳動脈瘤の起始部にステント(Flow Diverter :mm の直管を接続する．

FD)を置くことで血液の流れを変え，動脈瘤内への流

３・２ 流体解析

流れ場を非圧縮性層流場と仮定入量を妨げ，血栓化を促す治療法が海外で行われていする．作動流体は密度1,100 kg/m3，粘性係数0.0036 Paる（日本では厚労省未承認）．論文の報告で，FD の留∙ s のニュートン流体を仮定する．壁面は剛体壁を仮置により，無事に血栓化する動脈瘤や，留置後に破裂定し，滑りなし条件とする．流出境界は流出面の静圧してしまう症例などが存在する．どのように血流を変を平均 0 Pa として固定する．重合固体として，FD のえれば最善の治療になるか，あるいは，どのような影響を与える．2 拍動分の非定常解析を行い，タイム

FD が治療に最も効果的なのかがわかっていない．FD

ステップは5.0×10-4 s，流入境界にはICAにおける健康の留置による血流動態の変化を定量的に評価し，また，な成人の平均流量(1)を使用する．なお，初期条件にはそれによる破裂の危険性を調査することは，脳動脈瘤

定常解析の解を用いる．ソルバーには汎用熱流体解析の治療に大きく貢献することになる．

ソフト“ANSYS CFX 13.0”を用いる．

本研究では，FD を使用した治療の判断，テーラー
メイド FD の設計，および最適な FD の設計などを目的

３．結果・考察とし，数値流体力学(CFD: Computational Fluid Dynamics)

FD 留置前後の解析結果を比較すると，瘤内へ流入による血流解析を行い，FD を留置することによる血する流量が最大で約 31%減少した．瘤内の平均流速は

流動態の変化を数値的に評価した．

最大で 55%減少した．また，瘤内圧の上昇が 57%認められた．FD を留置することにより，瘤内への流れの

２．解析手法

抑制効果が十分得られなかったことに対し，瘤内からUCLA (University of California, Los Angeles)において
FD である“PE: Pipeline Embolization Device” (Covidien)

流出する流路が狭まり，その結果，瘤内，および上流側の血管の内圧が上昇してしまったと思われる．

を使用して治療された患者 1 症例を解析対象とする．
解析は FD 留置前と留置後の両方に対して行い，比較

４．結言する．DSA によって撮影された頭部の水平断面画像

実形状モデルを使用し，CFD による FD を留置した

か ら 医 用 画 像 処 理 ソ フ ト “Real Intage” (Cybernet

際の血流動態変化の解析を実現した．この技術によっ

Systems)を用いて 3D データを作成し，脳動脈系を抽てテーラーメイド FD の設計や，治療への貢献が期待出する．抽出したデータを STL (Standard Triangulated

できる．

Language) 形式に変換し，汎用 3D 可視化ソフト
文“Amira” (Visualization Sciences Group)を用いてスムージングを行う．血液はICA から流入し，他の血管から流出する．
３・１ 計算格子生成作成したモデル形状を使用して，“ANSYS ICEM CFD 13.0”により計算格子を作

献1) Matthew, D. F., Noam, A., Sung, H., L., David, W.
H., and David, A. S.: Characterization ofVolumetric Flow Rate Waveforms in the Normal
Internal Carotid and Vertebral Arteries. Physiol.
Meas., 22, 477-488. 2005.

成する．格子は非構造格子で，壁面近傍にプリズムメ
ッシュを，その他の領域にはテトラメッシュを配置す
る．要素数は，FDモデル，血管モデルそれぞれ約100万，2600 万要素である．流入・流出境界で非物理的- 39 -

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拍動流中にある弾性壁動脈瘤モデルの壁せん断応力の変動○山口隆平＊，氏家 弘＊＊＊ 芝浦工業大学

機械工学科 [〒135-8548 東京都江東区豊洲 3-7-5]＊＊
東京労災病院 脳神経外科

１．緒言
脳前交通動脈 ACoA と前大脳動脈 MCA の分岐部に発生した動脈瘤に着目し，弾性壁からなる球形動脈瘤
モデルを用いて流れパタンを検討した．本研究では，
拍動流における弾性，および剛体の瘤壁に生じる壁せん断応力 WSS を比較し，弾性の影響を検討する．
２．実験方法
実験に使用する弾性壁モデルを，Fig.1 に示す．
ここでは剛体壁モデルは特に示さない．瘤部は直径 D=12 mm，ネック径 N=6mm とし，アスペクト
比 AR（＝D/N）は 2.0 である。撮影は PIV を用い，

Fig.2 Velocity vector inside elastic model in pulsatile
flow (Rem=435,A=0.68,α=4.0)

トレーサ粒子は 14μm の蛍光粒子を使用する．空間分解能は 0.2mm である．拍動流は平均レイノル
ズ数 Re= 435，無次元振動数 α=4.0，周期 0.9 s，無次元流量振幅 A= 0.68，Re＝Rem(１+Asinωt)で定義される正弦波状の拍動流とし，代表的な時刻 ωt= 0，
π/2，π，3π/2 で測定する．なお，瘤内の WSS はネ
ック部の両端を e 点，o 点とし 15°間隔で測定し，主管となる MCA 上流の平均流量に相当するポア
ズイユ流れの WSS で除し無次元化する．
壁面から 0.6mm の位置の速度ベクトルの接線方

Fig.3 Distribution of wall shear stress inside elastic modelin pulsatile flow(Rem=435,Q1/Q0,α=4.0, A=0.68)向の速度勾配から直線近似で壁せん断応力 WSSを算出した．
３．実験結果および考察
弾性壁瘤内の速度ベクトルの変化を，Fig.2 に示す．最大流量時t=/2 に旋回流の速度は大きくなるが，時刻t=においてもその旋回流の速度は維持される．
弾性および剛体瘤壁に沿う一周期に渡る WSS
Fig.4 Distribution of wall shear stress inside rigid modelin pulsatile flow(Rem=435,Q1/Q0,α=4.0, A=0.68)の分布を，それぞれ Fig.3 および 4 に示す．瘤壁に沿う
WSS の変化は弾性壁の方が小さく，その絶対値の平均
値は 10%程度小さい．
したがって，瘤壁の弾性は WSS を小さく，血栓等の発生を促し，瘤閉塞を誘引することを示唆している．

Fig.1 Sketch of elastic aneurysm model (AR=2.0)

文 献Okada K., & Yamaguchi R., Flow Structure
Pulsatile Flow in a Model of Elastic Cerebral
Aneurysm , J Biorheology, 25(2011), pp.1-7.

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脳動脈瘤内の血流に及ぼすステントの影響
増田俊輔 1), 5)，高尾洋之 1)，鈴木貴士 2)，門倉 翔 2)，
モハメドアシュラフ 1)，銭 逸 3)，山本誠 4)，村山雄一 1)1) 東京慈恵会医科大学 脳神経外科 脳血管内治療部 [〒105-8461 東京都港区西新橋 3-25-8]2) 東京理科大学大学院 工学研究科 機械工学専攻
3) マッコーリ大学 先進医療学科 4) 東京理科大学 工学部 機械工学科
5) サイバネットシステム株式会社 メカニカル CAE 事業部
１．緒言

瘤サイズが大きいモデルは，ワイヤー密度が比較

米国で認可されているフローダイバーターステ
ントについて留置後の破裂が報告されており，こ的低い場合には大きな変化はなく，一定の密度を超えると急激に上昇する傾向を示した．

れに関連して脳動脈瘤にステントを留置することで瘤内圧が上昇し，破裂の可能性を高めていると

４．考察の報告がある 1) ．

瘤サイズが小さいモデルでは，瘤に流れ込む血昨今，ステントを留置した際の血流に関する研究が流量，ネック面の流入面積の割合は，ワイヤー密盛んになりつつあるが，血流に対するステントの影響度によって大きく変化せず，血液が瘤へ流れ込むのメカニズムは正確にはわかっていない．

際にステントから受ける抵抗と瘤から母血管に戻本研究では，臨床データを基に作成した簡略化る際に受ける抵抗のバランスの変化が小さいため，モデルを用いて非定常血流解析を行い，ステント

瘤内の圧力にも大きな変化は見られない．しかしのワイヤー密度と瘤内の血流動態の関係を検証す

瘤サイズが大きいモデルでは，ワイヤー密度が高ることを目的とする．

くなるに従って，瘤に流れ込む血流量が減少し，一定のワイヤー密度まではネック面の流入面積の２．解析方法割合が変化しない．その結果，血液が母血管に戻

内頸動脈を模した母血管形状を作成し，その好発部る際にステントから受ける抵抗の方が大きくなり，

位にサイズの異なる動脈瘤を配置した 2 つの解析モデ

瘤内の圧力が上昇したと推察される．また，更にルを用意した．留置するステントは，ワイヤー密度のワイヤー密度が高くなるとネック面の流入面積の異なる 7 タイプを用意し，それぞれの解析モデルに留割合が急激に大きくなるため，血液が母血管に戻置した．血流は非圧縮性層流場と仮定し，拍動を考慮る際にステントから受ける抵抗が再び低下し，瘤した非定常解析（2 拍動、1.8 sec）を行った．拍動は、内の圧力も低下したと考えられる．

流入面に対し時系列速度プロファイル 2)（最大速度：0.68 m/s，最低速度：0.28 m/s）を与え，流出面は静圧 0

５．結言

3

Pa とした．また，流体物性は密度 1,100 kg/m ，粘性係

瘤へ流れ込む血流量は，動脈瘤のサイズによらずワ数 0.0036 Pa・s のニュートン流体とした．なお，使用イヤー密度が大きいほど少なくなるが，瘤内の圧力はした CFD ソルバーは ANSYS CFX である．

動脈瘤の大きさによって傾向が異なり，瘤が大きい場
合はワイヤー密度が高くなることで圧力が上昇する可

３．解析結果能性がある．

動脈瘤内の圧力は，瘤サイズが小さいモデルで文はワイヤー密度が高くなるに従って低下し，瘤サ
イズが大きいものでは，ワイヤー密度が高くなる
に従って一旦上昇し，再び低下する傾向を示した．
母血管からステントを通過して瘤内へ流れ込む
血流量の割合は，瘤サイズに関係なくワイヤー密度が高くなるに従って減少する傾向が見られた．
ネック面において瘤内へ血液が流れ込む領域面積の割合は，瘤サイズが小さいモデルではワイヤー密度の変化による大きな変化は見られないが，

献1) J.R. Cebral., F. Mut., M. Raschi., E. Scrivano., R.
Ceratto., P. Lylyk., C.M. Putman.,“Aneurysm
Rupture Following Treatment with
Flow-Diverting Stents: Computational
Hemodynamics Analysis of Treatment," AJNRAm J Neuroradiol 32:27–33., Jan 2011．
2) Matthew, D. F., Noam, A., Sung, H., L., David, W.
H., and David, A. S.: Characterization ofVolumetric Flow Rate Waveforms in the Normal
Internal Carotid and Vertebral Arteries. Physiol.
Meas., 22, 477-488. 2005.

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血液凝固能および血小板凝集能からみた抗血栓性コーティングの特性に関する研究○水野敏秀，山岡哲二，築谷朋典，武輪能明，巽英介
国立循環器病研究センター研究所 [〒565-8565 大阪府吹田市藤白台 5-6-8]
１．緒言

し，セル内に設置された電極に活性化血小板が付着す

血液接触面を有する循環器系人工臓器の開発にることによって起こる電極間の電気的インピーダンス

おいて，器材表面の抗血栓性処理は，近年では必の増加を経時的に測定し，その増加曲線より area

須の技術とされており，優れた抗血栓性処理技術

under curve (AUC)値を算出し，コーティング表面に対は，かかる開発段階において重要な要素となってする血小板凝集能の指標として評価した．

いる．本研究は，抗血栓性コーティングについて，
より有用な評価法を確立するために，現在，医療

３．実験結および考察

機器に使用されているヘパリンコーティングおよ

TEM 法による抗血液凝固特性解析では，
CT について，びポリマーコーティングを対象に，その抗血栓性両コーティング共に無処理カップと差異を認めなかっ特性を詳細に検討し，その抗血栓性機序を解明すた．一方で，試験カップ壁へのクロット付着性についることを目的とした．

ては，T-NCVC コーティングカップで，INTEM，EXTEM
ともに約 80％減少し，MPC コーティングカップでは．

２．実験方法

約 70％減少していた．また，MEA 法では，T-NCVC コー

本評価では，現在，実際に医療機器に使用されていティングで無処理セルと比較し，ADP 凝集能およびアる T-NCVC コーティング（東洋紡，大阪）および MPC

ラキドン酸系凝集能は，約 20％減少し，コラーゲン，

コーティング（日油，東京）の 2 種の製品について，

TRAP およびリストセチンによる凝集には変化が認め

その抗血栓性特性について解析を行った．

られなかった．一方，MPC コーティングセルにおいて

１）トロンボエラストメトリー（TEM）法による抗血液凝固特性解析

は，
ADP 凝集能は約 95％，
リストセチン凝集が約 90％，
コラーゲン凝集が約 60％および TRAP 凝集が約 70％抑本研究では，血液凝固能測定装置として ROTEM®

制していることが観察された．本実験の結果より，(Munich, Germany)を使用し，本装置専用の計測用カッT-NCVC コーティングおよび MPC コーティングの抗血栓プおよびピンに検討対象の抗血栓性コーティングを施

性効果は，血液凝固に対する抑制作用は少なく，形成した試料を作成し，内因系クロット形成能（INTEM)おされたクロットが速やかにコーティング表面より剥離

よび外因系クロット形成能（EXTEM)について計測を行することが主な効果であると考えられた．また，血小った．本測定に使用する血液は，同一ボランティアか

板凝集に対しては，T-NCVC コーティングでは，血小板ら採取された 3.8%クエン酸加ヒト新鮮血液を使用し凝集の二次凝集系を主に抑制していることに対し，MPC

た．計測項目は，血液凝固時間を示す Clotting

コーティングは，一次凝集系を顕著に抑制し，各コー

Tine(CT)，カップ壁に付着するクロットの最大抵抗性

ティングのそれぞれ異なる血小板凝集抑制効果を有すをしめす MAX clot firmness（MCF）およびその最大値ると考えられた．

に至るまでの計測時間（MCF-t）とし評価を行った．
2） 電気的インピーダンス（MEA）法による抗血小4．結言

板凝集能特性評価

本法により，抗血栓性コーティングの特性を血液凝

本評価では， Multiplate® (Munich,Germany)専用プ
ラスチックセルに評価対象となるコーティングを塗布

固および血小板凝集過程ごとに定量的に評価することが可能となった．

したものを使用した．測定に使用する血液は，ヒルジ

謝ン添加新鮮ヒト血液を使用した．次に，血小板活性化

辞

アゴニストとして Adenosine diphosphate (ADP)，ア

本研究を進めるにあたり，MPC コーティングのご提

ラキドン酸，コラーゲン，リストセチン，Thrombin

供，ご助言を頂きました東京大学・石原一彦教授・深receptor activating peptide-6 (TRAP)を添加し，測澤今日子研究員に対し，ここに深く感謝の意を表しま定を行った．本検討での血小板凝集能測定は 15 分間とす．

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低侵襲体外循環を目指した低充填量回路の作製-ラット体外循環モデルを用いた評価藤井豊 1,4，巽英介 1，白井幹康 2，武輪能明 1，妙中義之 3,41

国立循環器病研究センター 人工臓器部 [〒565-8565 大阪府吹田市藤白台 5-7-1]
２
国立循環器病研究センター 心臓生理機能部
３
国立循環器病研究センター 研究開発基盤センター
４
大阪大学大学院 医学系研究科

１．緒言

本動物実験は国立循環器病研究センター動物実

体外循環は、心臓手術および急性期心肺補助時

験実施規定に則って行った。

には欠かせない方法となっている。しかし、体外循環は、血液希釈や炎症など生体に様々な影響を３．実験結果及ぼすことが知られており、その多くは解明され3 群とも動脈血圧、心拍数は安定した。体外循環中ておらず、さらなる研究が必要である。また、近は、高充填量群で血液希釈率はおよそ 30％、Hb は 10

年、世界中の研究施設において、大動物での実験

g/dl 前後、低充填量群で血液希釈率はおよそ 17％、Hbの実施が徐々に困難になりつつあり、小動物体外は 12 g/dl 前後で推移した。両群、無輸血での体外循

循環モデルの構築が求められている。我々はこれ環維持が可能であった。

までに小動物用体外循環回路を作製し、ラット体外循環モデルを構築してきた 1。今回、これまでの４．考察
希釈率などの観点から、今回の低充填量回路を回路より低充填量である、世界最小クラスのラット用体外循環回路を作製した。本研究では、今回、作製した低充填量回路においても安定した体外循環が施行できることを確認し、体外循環中の血液用いた体外循環は、これまでの回路を用いた体外循
環より低侵襲であると考える。今後、高充填量回路、
低充填量回路の使用による体外循環中のさらなる評価に加え、体外循環離脱後の回復期の生体評価などを行希釈等の評価をすることを目的とした。

っていく予定である。
２．実験方法SD ラット（♂ 400-450 g）を用い、従来の体外５．結言
世界最小クラスのラット用体外循環回路を作製

循環システム（充填量 15 ml）を用い体外循環を導入した高充填量群、今回、低充填量を目指し、新しく製作した体外循環システム（充填量 7 ml）を用いた低充填量群、カニュレーションのみを施し、体外循環は導入しない SHAM 群に分けた。麻酔導入後、人工呼吸器に接続し、血圧モニター用カテした。今回、作製した回路においても安定した体外循環が施行できることを確認できた。
これまで構築してきた小動物体外循環モデルと組み合わせることで、体外循環が生体に及ぼす影響の機序解明、さらに、各種体外循環デバイスの開発・評価にも役立つと考えられる。

ーテルを大腿動脈に挿入した。送血管を左総頚動
脈、脱血管を右外頚静脈から挿入し右房に留置し文 献た。体外循環は灌流 60-70ml/kg/min、直腸温 36℃、

1) Yutaka Fujii, Mikiyasu Shirai, Shuji Inamori, et al.

PaO2 300-400 mmHg、PaCO2 30-40 mmHg で維持しInsufflation of hydrogen gas restrains the inflammatory

た。この方法にて体外循環を導入・維持し、体外response of cardiopulmonary bypass in a rat model
Artificial Organs, 2013, 37, 136-141．

循環前、体外循環後 60 分、120 分で血液サンプルを採取し、3 群間で血球分析を行った。

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空気圧駆動式人工心臓用小型駆動装置のための空気流量を利用した拍出流量モニタに関する実験的検討
大沼健太郎＊，本間章彦＊＊，住倉博仁＊，築谷朋典＊，武輪能明＊，水野敏秀＊，向林宏＊＊＊，
小嶋孝一＊＊＊，片野一夫＊＊，妙中義之＊，巽 英介＊＊

国立循環器病研究センター研究所 [〒565-8565 大阪府吹田市藤白台 5-7-1]＊＊
東京電機大学＊＊＊株式会社イワキ
Flow rate (Ejecting direction) [L/min]

１．緒言
本邦において，体内埋め込み式の補助人工心臓（VAD）の臨床使用が開始されたが，心移植の適応外や小柄で埋め込みに適さない患者の移植待機や，
急性心不全に対する短期使用として体外設置型空気圧駆動式の拍動ポンプである国循型 Nipro VAD
は，いまだ広く使用されている．Nipro VAD の問
題点として，駆動装置が大型で患者の行動を制限する点，流量表示機能を有していない点がある．

10

y = 1.5653x - 2.9221
R² = 0.9559

8
6
4

Afterload: 120mmHg (SD40)
Afterload: 100mmHg (SD40)
Afterload: 80mmhg (SD40)

2
0

0

2

4

6

8

10

Air flow (Ejecting direction) [L/min]Fig. 1 Correlation between mean pump output andmean driveline airflow.

これに対し，当施設にてポータブル型の Mobart
NCVC が開発された．さらに，より携帯性に優れ長出）は，圧縮過程での位相差と駆出後期にとくに時間電池駆動可能な小型装着式空気圧駆動装置

かい離があるが，波形の類似性が確認された．ポ（WPD）も開発中である 1).装置の小型化による行

ンプ機械弁の開閉にて生じる逆流成分，流入初期

動範囲の拡大，患者管理や安全性の観点からポンにダイアフラムの動きによらず慣性により流れて

プ血流量モニタの必要性は高まると思われる．既いる成分が認められた．これらは，空気流量に反存の血液ポンプに手を加えることなく，携帯性を映されないため誤差要因となると考えられた．駆損なわずに駆動装置側から簡便にポンプ血流量を出後期のかい離は，ポンプ空気室で駆動圧を開放把握できれば有用である．本研究では，ポンプとしつつ体積を増すことでダイアフラムを押し出す

WPD をつなぐドライブラインの空気流量を測定す際に生じる流れに起因すると考えられた．

ることで間接的にポンプ血流量を推定することを

流出側駆出期ポンプ流量に対する順方向空気流

目的に，模擬循環試験にて基礎的な検討を行った．

量の平均値につ いて単回帰分析を行った結果 ,２．実験方法

R2=0.9559 で高い直線性が認められた（Fig. 1）.

圧力負荷をほぼ一定に設定可能なオーバーフロ

傾きが 1 より大きくなった原因は，駆出後期のかー型模擬循環回路によるポンプ駆動実験を行った．WPD

い離が高流量域（本実験において高拍動数，高駆は，シリンダピストンによる空圧発生機構を有してお動陽圧の領域）で大きかったためである．しかしり，圧力センサにより駆動圧，近接センサによりピス

十分な直線性が得られたことから，実験的に得らトンの上死点・下死点を計測した．ドライブライン空れる弁の逆流量などを補正項とすることで十分実

気流量は，低圧力損失，高速・高精度の熱式質量流量

用的な推定値が得られると考えられた．

計により計測し,駆動圧と室温を用いて体積流量に変４．結語換した．また，駆出期・充満期は近接センサ信号によ

WPD を対象に，ドライブライン空気流量とポンプ流り分離した．ポンプ流量は流入側・流出側をそれぞれ量を比較し，その類似性と誤差要因を確認した．また，

超音波流量計により計測した．循環流体は水道水とし，平均流量で高い直線性が得られたことから，WPD の流駆動条件は，前負荷 10 mmHg を一定とし SD 比（1 拍動量モニタとして本手法の有用性が示唆された．

中の駆出期間）40%，
拍動数を 60, 70, 80, 90, 100 bppm，

文

後負荷 80, 100 120 mmHg とした．
３．結果および考察
ドライブライン空気流量と，ポンプ自体の流入
出量（流入側・流出側で計測した流量の差から算献1) Homma, A., Taenaka, Y., Tatsumi, E., et al. :Development of a compact wearable pneumatic
drive unit for a ventricular assist device, J Artif
Organs. 2008; 11(4): 182-90.

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第2号

2013

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表面粗さを付加した回転せん断負荷装置内全体の血流解析○西田正浩＊，工藤大樹＊＊，丸山修＊，山根隆志＊＊＊，松田健一＊＊，増澤徹＊＊＊ 産業技術総合研究所 ﾋｭｰﾏﾝﾗｲﾌﾃｸﾉﾛｼﾞｰ研究部門 [〒305-8564 茨城県つくば市並木 1-2-1]＊＊
茨城大学 工学部，＊＊＊神戸大学 大学院工学研究科
１．緒言
表面粗さが溶血に与える影響を把握するために，血液に一定のせん断を負荷できる回転せん断負荷
装置に表面粗さを付加したときの溶血量および流動状態を定量化している．溶血実験結果からは，表面粗さの大きさ Ra が 1 m 付近において，Raが増加すると，溶血量の増加が認められた１）．しかしながら，表面粗さが溶血量を増大させるメカ
ニズムは，未だ解明されていない． 先の数値流
体力学解析による研究では，回転せん断負荷装置の内筒への表面粗さの付加によっては，流速分布がほとんど変化せず，溶血量がせん断応力の2.416 乗に比例するという Giesiepen ら２）の経験式を用いた推定溶血量の増加はわずかであった．その増加量は，閾値以上のせん断応力が溶血を引き起こすという仮定を用いると，数十%であった３）．
ところが，内筒の角の丸み（R）を考慮しなかった
ため，大きく見積もられた可能性があった．本研
究では，回転せん断負荷装置の実形状を反映し，
内筒の角の丸みを考慮したモデル内のせん断応力場を解析し，表面粗さと流動状態の関係ひいては溶血量との関係を定量的に調べた．
２．解析方法
回転せん断負荷装置は，垂直軸を回転軸とした
静止内筒と同心の回転外筒からなり，内筒と外筒の隙間に血液を充填することにより，血液にせん
断応力を負荷する．内筒と外筒の隙間流れを，汎用の数値流体力学解析ソフトウェアを用いて解析した．解析モデルは，円筒部の隙間幅を 0.45 mm，
隙間半径位置を 21.075 mm，内筒の円筒部から円錐部への角の丸みを 0 または 0.1 mm とした．内筒の円筒部に付加した表面粗さの幅を 65 μm とし，
大きさ Rmax を 0，0.5，1，2 および 5 μm と変化させた．解析条件は，血液の比重を 1,052 kg/m3，粘度を 3.5 cP とし，回転外筒の回転数を 600 rpm とした．
３．解析結果Fig. 1 に表面粗さの大きさの最大せん断応力への影
響を示す．表面粗さの大きさが大きくなるにつれて，最大せん断応力は増加した．その値は、内筒の角 R
が 0 のとき、205 Pa から増加したが、R が 0.1 mmのとき、34 Pa から直線的に増加した。

Fig. Maximum shear stress as a function of surface roughness
４．考察
R が 0.1 mm のとき、表面粗さの大きさが大きくなるにつれて，最大せん断応力は増加した．しかしながら，高せん断域は内筒の角付近にのみ限定されており、表面粗さを付加した円筒部全体において高せん断域が発生したわけではなかった。また、そのせん断応力の値も，Giesiepen らの経験式の条件範囲である 57 Pa 以上という条件より低かった．よって、表面粗さの付加による推定溶血量の増減を示すには至らなかった。これより、溶血試験結果から表面粗さの付加により溶血量が増大するという結果に対する理由としては、1) 円筒部の角付近の高せん断域が支配的ではあるが、溶血を生じるせん断応力の閾値が 35 Pa 付近に存在した、2) 連続体流れとしてではなく、固液混相流として影響を及ぼしたこと等が考えられた。
５．結言
本回転せん断負荷装置による表面粗さの大きさの増加による高せん断域の増加は、内筒の角の影
響が支配的であり、またその値も 35 Pa 程度であり、その条件での溶血量の増加が表れる。
文

献1) Maruyama, et al.: Artif. Organs, 30, 365-370,
2006.
2) Giersiepen, et. al., Int. J. Artif. Organs, 13, 300-306,
1990.
3) 西田他 4 名：機講論，090-2，269-270，2009-8.

- 45 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(74)

循環器系人工臓器の粘弾性学的血液適合性評価○丸山

修＊，可児裕基＊＊, 小阪

亮＊, 西田正浩＊, 山根隆志***, 巽英介****, 妙中義之*****産業技術総合研究所[〒305-8564 茨城県つくば市並木 1-2-1],**東京理科大学大学院理工学研究科[〒278-8510 千葉県野田市山崎 2641],***神戸大学大学院工学研究科[〒657-8501 神戸市灘区六甲台町 1-1],****国立循環器病研究センター[〒565-8565 大阪府吹田市藤白台 5 丁目 7 番 1 号]
１．緒言

３．実験結果および考察

人工心臓や体外循環ポンプなどの循環器系人工臓器に使用する血液ポンプは, ウィルヒョーの三異なる ACT およびせん断速度に基づく血栓形成度のグラフを図１に示した．

原則に基づき, 血流のせん断速度, 血液凝固能,

1.2

ポンプの表面材質の複合的要因によって, 血液ポ

10.8

懸念される．血液ポンプを設計するにあたり, 血

0.6
0.4

栓形成に対してこれら三者の要因の関係を定量的

血栓形成度

ンプ内に血栓が生じ, 合併症を引き起こすことが0.2に調べることが, 血栓防止の有効な指標になると0考えている．我々は, 体内埋め込み型人工心臓に

50
NT

100
500

使用される血液ポンプについて, in vitro 抗血栓

1000

200

1300

250
2000

300

性試験による血液適合性評価法の確立を目指して

2200

400
1000 2880

いる．In vitro 抗血栓性試験では, 上記三者の要

図１ せん断速度と ACT に基づくウシ血液の血栓形成度

因に基づいて血液ポンプ内に形成する血栓の有無を巨視的または微視的に観察している．そこで,ACT400 秒および 1,000 秒の試験血液においては, せ

本研究では，血液凝固能の指標として，活性化凝ん断速度を 50s-1 から 2,880s-1 まで変化させても, 血栓固時間（ACT）を採用し, 任意の ACT に設定した血は形成しなかった．一方, ACT200 秒, 250 秒, 300 秒

液に対して, 二重円筒式のレオメータを使用してでは, せん断速度の増加にともなって血栓形成度が抑

せん断負荷を与え，ACT およびせん断速度に対す制され, しかも ACT が高いほど抑制効果が高くなる結る血栓形成量を定量的に求めることを目的とした．

果が定量的に得られた．また, ACT200 秒では, せん断

これにより, 血流のせん断速度が生じる循環器系

速度 2,880s-1 においても血栓形成は抑制されるものの,人工臓器における粘弾性学的血液適合性評価を行

完全に消失することはなく, 従って, 本実験条件では,うことが可能となる．

せん断速度の増加だけで血栓を消失させることはでき

２．実験方法なかった．このことは, 血液ポンプ設計の血栓抑制に

本実験で使用したレオメータ（㈱エルクエスト

おける指標として, せん断速度だけでなく, 血液凝固

製レオロジア A300）は，血液接触材料が, ステン

能と併せて評価することが重要であることを示唆してレス製の内筒およびガラス製の外筒からなる二重いる．

円筒式で，外筒が回転するしくみであった．クエ

５．結言

ン酸ナトリウムで抗凝固したウシ血液に塩化カル

血液接触材料がガラスとステンレスの場合において,シウムで中和することで，ACT200～1,000s の試験

せん断速度50～2,880s-1 およびACT200～300sに対する血液を調製した．これらの試験血液に， 100～

血栓形成量の関係を粘弾性学的手法により定量的に得-12,880s のせん断速度を負荷し，血栓形成量を測た．

定した．具体的には, 内筒軸に設置しているトル

謝

クセンサーにより，血液凝固によって粘性が増加

本研究は，NEDO 再委託「小柄患者用補助人工心臓のし，トルクの増加量から血栓形成量を血栓形成度として算出した．

辞

有効性および安全性の評価」により行われたものであり，謝意を表する．

- 46 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(75)

自己組織心臓代用弁（バイオバルブ）の生体外機能評価○住倉博仁＊, 中山泰秀＊＊, 大沼健太郎＊, 武輪能明＊, 巽 英介＊＊
国立循環器病研究センター研究所 人工臓器部 [〒565-5865 大阪府吹田市藤白台 5-7-1]＊＊
国立循環器病研究センター研究所 生体医工学部
１．緒言

３．実験結果，および考察

我々は，人工物を体内に留置した際に起こる結図 2 に特性試験の結果を示した．
結果の一例として，合組織によるカプセル化反応を組織工学に応用し，

拍動数 70 bpm，平均大動脈圧約 100 mm Hg，平均流量

皮下などの体内を組織構築の場(バイオリアクタ

約 5 L/min における各人工弁の逆流率を示した．バイー)にして自己組織からなる移植片を作成する新オバルブ，機械弁，および生体弁の逆流率はそれぞれし い 生 体 内 組 織 形 成 術 (In body tissue

3.1，3.4，2.7 %であった．また，拍動数が増加した条

architecture technology)を開発している

1)．現件下においても，同様の傾向が確認された．体循環系

在までに，汎用性高分子の一種であるシリコーンの条件下において，バイオバルブは市販人工弁と同等の人工弁作製基材を鋳型として大動物(成ヤギ)皮の弁機能を有することが確認された．

下に埋入することで，循環系組織体としてバイオバルブと名付けた心臓弁の研究開発を推進してきた．本研究では，バイオバルブの弁機能に関し，拍動流回路を用いた生体外評価を行ったので報告する．
２．実験方法
先行研究より開発してきた組立式の鋳型を成ヤギ（体重約 50 kg）の背部皮下に埋入した．約 2 ヶ月後に摘出し，内部の鋳型を除去して完全に結合組織のみからなるバイオバルブ（内径 16 mm）を得，冷凍保存した．作製したバイオバルブについて，拍動流回路 2)

Fig. 2を用いた生体外評価を行った．実験開始前に解凍したRegurgitation rate of each valve(Heart rate = 70 bpm).

バイオバルブを拍動流回路の大動脈弁位置に接続し，生理食塩水を満たした 37 ℃の水槽内に沈めた．また，拍動流回路の作動流体も同様に生理食塩水を用いた．
実験は，体循環系の圧力負荷に対するバイオバルブの特性に関し検討を行った．また，比較対象として市販
機械式二葉弁，および生体弁を用いて同様の試験を行
った．

４．結言
本研究では，完全に結合組織のみからなるバイオバ
ルブを作製し，拍動流回路を用いた生体外機能評価を行った．その結果，バイオバルブは良好な弁機能を有しており，大動脈弁として機能することが確認された．

文

Biovalve

Fig. 1

Picture of pulsatile circulation circuit.

献1) Yamanami M, Yahata Y, Uechi M, Fujiwara M,
Ishibashi-Ueda H, Kanda K, Watanabe T,
Tajikawa T, Ohba K, Yaku H, Nakayama Y.:
Development of a completely autologous valved
conduit with the sinus of Valsalva using in-bodytissue architecture technology: a pilot study inpulmonary valve replacement in a beagle model,
Circulation 2010;122(11 Suppl):S100-6.
2) Sumikura H, Homma A, Ohnuma K, Taenaka Y,
Takewa Y, Mukaibayashi H, Katano K, Tatsumi
E.: Development and evaluation of endurance test
system for ventricular assist devices, J Artif
Organs 2013 Feb 12. [Epub ahead of print]- 47 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(76)

浮遊撹拌培養法による ES 細胞の未分化維持培養に関する検討
水本博，導寺香奈，網本直記，梶原稔尚
九州大学

大学院工学研究院

化学工学部門 [〒819-0395

１．緒言

福岡県福岡市西区元岡 744]

次に，120rpm の撹拌培養条件下において継代培

ES 細胞や iPS 細胞は，半無限の自己複製能と多養を行った際の細胞数変化を Fig. 2 に示す．この分化能を有しており，再生医療における細胞ソー結果，少なくとも 5 回の継代期間中の細胞の増殖

スをはじめ，様々な分野での利用が多いに期待さ挙動はほぼ同様の傾向を示した．この培養期間中れている．一方，これらの多能性幹細胞を利用すにおいて，未分化 ES 細胞が呈示する表面抗原であるためには，多分化能を有するいわゆる未分化状

る SSEA-1 を発現する陽性細胞の割合は 90～80％

態での大量培養法の確立が必要である．本研究での間で推移した．また，未分化 ES 細胞の指標としは，大量培養法として浮遊撹拌培養に着目した．

て用いられる Oct-4 の mRNA 発現レベルは，培養

そして，マウス ES 細胞を用い，種々の撹拌培養条

期間中ほぼ一定であることが示された．

件下における未分化 ES 細胞の増殖挙動の評価を行った．
２．実験方法
単層培養にて維持培養中の未分化 ES 細胞（Mouse,
129 Line)を酵素処理にて回収後，1×104cells/ml の密度
で未分化維持因子である LIF を添加した培地に懸濁した．この懸濁液 50ml を容量 50ml のスピナーフラスコに投入し，培養を行った．撹拌速度の検討として，40rpm，100rpm，120rpm，140rpm，170rpm，250rpm の撹拌条件で培養を行い，撹拌速度が細胞増殖や未分化

Fig. 1 Cell growth in various culture conditions.

細胞が形成する凝集塊径に与える影響や培養環境（pH等）の推移について評価を行った．
また浮遊撹拌培養における継代プロセスの検討として，120rpm の撹拌培養条件下において継代を行った．
1 代の培養期間は 3 日間とし，3 日毎に回収した凝集塊を酵素処理にて分散後，再度培養を行った．評価として，培養期間中の細胞数及び未分化細胞の推移について評価を行った．
３．実験結果および考察

Fig. 2 Changes in cell number during serial撹拌速度を変化させた際の各培養条件におけるpassages in suspension culture.

細胞数変化を図 1 に示す．この結果，100～140rpmの撹拌速度では良好な対数増殖が示された．一方，

４．結言

40rpm では細胞数は経時的に減少し，また 170，

撹拌培養条件を検討することにより，対数増殖を維250rpm では細胞数の増加は示されなかった．これ持できる ES 細胞の浮遊培養条件を見出した．また継は，40rpm では ES 細胞を浮遊させるのに不十分で代培養中，ES 細胞は高い割合で未分化を維持できるこあり，槽内の撹拌が十分でなかったこと，またとが示された．以上より，本手法の大量培養プロセス

170rpm 以上の撹拌速度では，細胞に対する剪断応への展開の可能性が示された．

力の増加により，細胞が傷害を受けたことが原因であると考えている．

- 48 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(77)

POLY (VIVYL ALCOHOL)ハイドロゲルの変形特性と摩擦特性
中嶋和弘＊,**，鎗光清道＊＊，澤江義則＊,**，村上輝夫＊＊＊ 九州大学

工学研究院 機械工学部門 [〒819-0395 福岡県福岡市西区元岡 744]＊＊
九州大学 バイオメカニクス研究センター

１．緒言
生体関節軟骨は長期に渡り優れた潤滑特性を持
つ．この機能を模擬した新しい人工関節の開発を
著者らは行っている．生体関節軟骨の潤滑特性は，コラーゲン線維強化組織の軟骨を母材として，プ
ロテオグリカン凝集体が形成する表面ゲル膜による水和潤滑，表面に吸着した蛋白質や脂質の生体
関節液成分による境界潤滑及び 80[mass%]程度のFig.1 Transition of friction coefficient for
natural cartilage and PVA hydrogel

高含水組織による固液二相性潤滑効果によると考えられる．これらの潤滑効果を模擬することで，現在臨床応用されている人工関節よりも長寿命の新しい人工関節が実現出来ると考えられる．
生体関節軟骨は荷重負荷による変形だけではな
く，液相の流出により摩擦特性が変化する．この挙動は生体関節軟骨の圧縮変形によるものと考えられ，その変形挙動が摩擦特性へ与える影響についての検討が必要である．
本研究では生体関節軟骨と人工関節候補材料である PVA(poly (vinyl alcohol))ハイドロゲルに

Fig.2 Time dependence of Contact area

ついてその変形挙動と摩擦特性について検討した．

３．実験結果Fig.1 に摩擦試験結果を示す．生体関節軟骨は

２．実験方法
試験片として豚後肢関節より採取した生体関節

摩擦開始直後の摩擦係数が PVA ハイドロゲルより軟骨，または PVA ハイドロゲルを上部楕円体試験も低いことが観察された．また，PVA ハイドロゲ

片，スライドガラスを下部試験片として往復動摩

ルは滑り距離と共に摩擦係数が増加したが，生体擦試験を行った．PVA ハイドロゲルは重合度約 2000，

関節軟骨は摩擦の上昇は抑えられていた．PVA ハ

ケン化度 98.5～99.4[mol%]の PVA 粉末より反復凍結・

イドロゲルでは摩擦開始と共に急激に摩擦係数が解凍法にて作製した．PVA ハイドロゲルの含水率は約増加することが観察された．Fig.2 に接触面積の79[mass%]，弾性率は 1.2[MPa]である．摩擦試験は，経時変化を示す．PVA ハイドロゲルでは荷重負荷 5

滑り速度 10[mm/s]，ストローク 10[mm]，総滑り距離秒以内に急激な接触面積の増加がみられたが，生144[m]，荷重 0.91[N]で行った．潤滑液には生理食塩

体関節軟骨では平衡状態まで 100[s]程度の時間が水を用いた．滑り距離 36[m]毎に潤滑液中で 5[min]荷必要であった．生体関節軟骨の接触面積が平衡に重を徐荷し，再水和・変形回復の時間を 3 回設けた．

達する時間は，摩擦が平衡状態へ達する時間より

この再水和過程で生体関節軟骨表面の水和層の回復，もかなり短めであった．

および摩擦負荷により生体関節軟骨及び PVA ハイドロ
４．結言

ゲルより流出した液相の回復を期待した．
試験片のクリープ変形挙動特性を測定するため

生体関節軟骨と PVA ハイドロゲルの摩擦挙動と変形に，接触面積変化を測定した．摩擦試験と同荷重，挙動について検討を行った．その結果，変形挙動と摩同時間の接触時間を想定し，予荷重時間を 0[s](摩擦係数の推移には関連が見られた．薄膜潤滑下では，擦開始直後)，3600[s](36[m]摩擦負荷後)として測摩擦特性には固液二相性摩擦面の変形挙動が大きく影定した．

響するとともに表面摩擦の変化も影響する．

- 49 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(78)

石灰化マルチチャネルコラーゲンゲルを用いた多階層構造を持つ再生骨組織の構築
安井憲*、古澤和也**、福井彰雅**、佐々木直樹**
*
**

北海道大学

大学院

北海道大学 大学院 生命科学院
先端生命科学研究院 [北海道札幌市北区北 10 条西 8 丁目]

１．緒言

地中で培養を行った。培地交換は 3 日に 1 回おこ

生体組織は、複雑な階層構造を持っている。生なった。一定期間培養を行った試料について、体組織の階層構造は機能と密接に関係している。

Alexa488-phalloidin とヨウ化プロピジウムで F-ア

それゆえ、生体組織の持つ複雑な階層構造を模倣

クチンと核をそれぞれ染色し蛍光顕微鏡で観察しすることは、再生医療分野において機能的な再生

た。

組織を構築するための重要な課題のひとつといえる。

３．結果と考察

我々はコラーゲン水溶液をリン酸緩衝液中に透Figure 1 に石灰化 MCCG の写真が示されている。

析することでコラーゲン線維の配向構造やマルチ

今回の石灰化方法では MCCG の外周側と中心にチャネル構造を持つコラーゲンゲル（マルチチャ

二層の石灰化層が形成されており、さらにこの二ネルコラーゲンゲル：MCCG）を調製する方法を

つの層の間には非石灰化層があった。このような確立した。MCCG は広い大きさの範囲で階層構造

不均一な石灰化はリーゼガング現象によるものとを持つため、生体組織の階層構造を再生するため考えられる。この試料について蛍光顕微鏡観察をの細胞足場材料として利用することが可能である。

行った結果が Figure 1(B)-(D)に示されている。

我々は MCCG を骨芽細胞の細胞足場として利用

MCCG の外周側石灰化層では、ゲル表面よりもゲすることで、複雑な階層構造を持つ再生組織を構ル内部のマルチチャネル構造に優先的に細胞が浸築することに成功している。

潤している様子が観察された。MCCG の外周側石

本研究では、さらに複雑な階層構造を持つ再生灰化層と中心部石灰化層の間の非石灰化層では細組織の構築方法を確立する。そのために、我々は胞が均一に接着しているが、各層の境界付近ではMCCG を人工的に石灰化することで、多層石灰化

さらに多くの細胞が接着していることがわかった。

領域を持つ石灰化 MCCG を構築する方法を確立

中心部石灰化層では細胞は均一に接着しており、した。発表では、石灰化 MCCG 上で骨芽細胞を培

他の領域と比較してもより多くの細胞の接着が見養することによって構築した再生骨組織の特性解られた。これらの結果は、石灰化 MCCG の階層構

析の結果について報告する。

造が細胞接着や構築される再生組織の構造に影響を及ぼすことを示唆している。

２．実験方法
実験には高研から購入したアテロコラーゲン水溶液（I-PC50）を用いた。200 l のコラーゲン水

(A)

(B)

(C)

(D)

溶液を 100 mm ディッシュに滴下し、その上に直径 18mm の円形カバーガラスを置いた。次に、10 mlの pH7.10 のリン酸緩衝液をディッシュに注ぎ室温でフィルム状の MCCG を調製した。次にリン酸
緩衝液を 40 mM CaCl2 水溶液に交換し 1 日静置することで MCCG の石灰化を行った。1 日後、CaCl2水溶液をリン酸緩衝液に交換しさらに 1 日静置した。この操作を 8 日間交互に行うことで石灰化
MCCG を作製した。
作製した石灰化 MCCG 上にマウス由来骨芽細胞様細胞（MC3T3-E1）を播種した。培養開始後 7日間は増殖培地中で培養し、続く 21 日間骨分化培

Figure 1 (A): Optical photograph of Calcified
MCCG (CMCCG). (B)-(D): Fluorescencemicrographs of MC3T3-E1-CMCCG composite.

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻 第 2 号 2013

第 3 日目
6 月 8 日（土）- 51 -(79)

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(80)

低摩擦ハイドロゲルにおける応力-拡散結合
山口

哲生＊，村上 輝夫＊＊

＊ 九州大学大学院工学研究院機械工学部門 [〒819-0395 福岡市西区元岡 744]＊＊
九州大学バイオメカニクス研究センター
１．緒言を示した．Figure 2(a)では，試料の半径の違いにハイドロゲルを滑らせると，しばしば低摩擦をよらず，共通した傾向が伺える：摩擦係数は約 0.08

示す．ハイドロゲルの低摩擦メカニズムとして，からスタートし，時間とともに増大し，ある一定①高分子鎖中の電荷に起因するゲルの膨潤および値(～0.13)に漸近する．一方，半径によって摩擦

静的潤滑膜形成1)，②溶液中に含まれるタンパク係数増加の緩和時間は変化した．また，Figure

質や脂質の吸着による表面保護膜および弱せん断

2(b)には,摩擦係数の試料厚み依存性を示した．こ2)層形成 ，③固液 2 相性潤滑（応力‐拡散結合）

こから，試料を薄くするだけで摩擦係数が大きくの効果による内部流体圧の発生や固体成分の荷重低下することが分かる．ここで注意したいのは，負荷能力の低減3),4)などが提案されているが，通この実験において，摩擦表面は一切変更していな常の摩擦では複数のメカニズムが同時に働くため

いということである．つまり，今回の結果は，ゲメカニズムの検証は容易ではない．そこで本研究

ルの摩擦係数は表面の特性だけからは決まらず，では，固液 2 相性潤滑の効果（③）のみに着目し，試料の形状にも強く依存することを示唆している．

人工軟骨材料として検討されている反復凍結 PVAゲル（中性ハイドロゲル）を純水中で摩擦させる
実験を行なった．
２．実験方法
試料の調製：PVA ハイドロゲルは，15wt% PVA
水溶液に対し，反復凍結法 5)を用いて作成した．

Figure 2: Time evolutions of friction coefficient

ゲル化後 1 週間以上純水中で膨潤させた．

for the gels with various (a) radii and (b)摩擦実験： Figure 1 に実験装置の概略図を示し

thickness.

た．ゲルをディスク上にカットした後，接着剤でレオメータ(Physica MCR 301, Anton Paar)のパラ

５．結言

レルプレートに固定した．その後，パラレルプレ

本研究では，中性の PVA ゲルを純水中で摩擦させる

ートを一定の速度(Ω = 0.6 rpm)で回転させ，垂実験を行なうことで，ハイドロゲルの特異な摩擦挙動

直荷重およびスライドグラスとゲルとの摩擦トルを見ることができた．本発表では，現象を記述する

クから摩擦係数を算出した．

理論もあわせて議論することによって，メカニズ
ムや低摩擦ゲル創製について議論を行なう予定である．
文

Figure 1: Schematic for frictional testing
apparatus.
３．実験結果実験結果の典型例として，Figure 2 に様々な半径や厚みを持つゲルにおける摩擦係数の時間発展

献1) J. P. Gong, Soft Matter, 2, 544-552 (2006).
2) S. Yarimitsu, K. Nakashima, Y. Sawae, T.
Murakami, Tribo. Int., 42, 1615-1623(2009).
3) V. C. Mow, A. Ratcliffe, S.L-Y. Woo, eds.,“Biomechanics of Diarthrodial Joints”,
Vol. 1, Springer-Verlag (1990).
4) N. Sakai, Y. Hagihara, T. Furusawa, N. Hosoda,
Y. Sawae, T. Murakami, Trib. Int., 46,
225-236 (2012).
5) T. Murakami, S. Yarimitsu, K. Nakashima, Y.
Sawae, N. Sakai, T. Araki, A. Suzuki, Proc.
6th International Biotribology Forum, 65-68(2011).

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(81)

リン脂質二分子膜リポソームの変形とリン脂質単分子膜の凝集状態
横尾麻衣，黒田修未，○成田貴行，大石祐司
佐賀大学大学院

工学系研究科

循環物質化学講座 [〒840-8502 佐賀県佐賀市本庄町 1]

１．緒言
リポソームは 2 分子膜内外の浸透圧差によって変形することが知られている。膜内外に浸透圧差を与える為には、イオン強度又は糖濃度をリポソーム内外
で変える方法が一般的に用いられる。この操作は、膜内外の浸透圧差だけでなく、厳密には 2 分子膜を構成しているリン脂質の分子特性及び分子間相互作用に変化を与える。この分子の状態変化は膜内外の膜構成分子の集合状態や膜弾性の違いを与え、リポソームの変形にも何らかの影響を与えていると推察できる。本研究では 溶媒環境によって生じる膜状態変化がリポソ

Figure 1(a) AFM image and cross-section profile of
DOPC vesicle on mica substrate. (b) Schematics of theflattened DOPC unilamellar liposome and the expectedstructure of the folded and doubled membranes.

ームの変形に与える影響について検討することを目的
として、膜の凝集作用が直接、形態に働くことができるユニラメラリポソーム（LUV）を使用して、いくつかの pH およびイオン強度における LUV の変形挙動について検討した。
２．実験方法ITO 基板に塗布した。この ITO 基板ともう一枚の ITO

Figure 2 Deformation of DOPC vesicles after 30 min of
exposure to MES buffers with (a) pH 7.5; ionic strength
0.1, (b) pH 7.5; ionic strength 0.001, and pH 5.5; ionicstrength 0.001.

基板でスペーサーを挟み、±0.5 V のパルス電圧をかけ

イオン濃度の差から生じる浸透圧差により、水がリポることで LUV を調製した。調製した LUV 分散液をシ

ソーム内側からリポソーム外側へと拡散し、形態が変リカ基板状で乾燥し、AFM で観察した。緩衝液 MES形したと考えられる。LUV が小さい場合には体積に（2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid）を①0.1 M,pH 4.5、

対して、水が出入りする表面積が広いので、速く水分②0.1 M, pH 7.5、③0.001 M, pH 4.5、④0.001 M,pH 7.5

子が LUV 外に拡散するため、激しく変形したと考えの条件で調製し、各々の緩衝溶液にリポソームを浸し、られる。③と④の緩衝液上のDOPC 単分子膜は、ベシ

形状変化を 90 分間光学顕微鏡下で CCD カメラによりクル内部の溶液条件上の DOPC 単分子膜に比べて凝集

撮影しリポソームの変形を確認した。

状態にあることが表面圧-表面積曲線からわかってい３．実験結果及び考察る 1)。膜の凝集状態に変化が生じる条件であっても1.0×10-4 M DOPC（dioleoylphosphatidylcholine）クロロホルム溶液に蛍光試料のペリレンを少量溶解し、AFM 観察の結果、LUV とおぼしき形態の厚みが

LUV の形態変化が生じないことから、pH 変化に伴う約 10 nm であった。DOPC 二分子膜の厚みは 4～5 nm

膜凝集はリポソームの変形を誘起するに至らないこと

であることから、結果から得た厚みは折りたたまれたを示している。これは、膜曲げ弾性が膜の凝集圧に比DOPC分子膜四層分の厚みにほぼ匹敵し、LUVが調製

べ、非常に大きいことと矛盾しない。

できたことを示している（図 1）。各緩衝液中での顕４． 結言

微観察の結果、緩衝液①0.1 M ,pH 4.5 と②0.1 M ,pH

LUV 内側膜と外側膜の凝集状態および弾性特性の7.5 に浸漬した際、LUV は初め楕円化し、その後小さ差は、リポソーム形態変形にほとんど影響を与えないな突起が生じて非球形へと変形した。また、LUV がことが明らかとなった。

小さい場合には、大きい LUV に比べ激しい突起がみ文られた（図 2(a)、及び (b) ）。③0.001 M ,pH 4.5 と④0.001 M ,pH 7.5 の際にはLUV の大きな形状変化は確認できなかった（図 2(c)）。①と②の場合、LUV 内外の献

1) Kuroda, O., Seto, H., Narita, T., Yamanaka, M., andOishi, Y.: Liposome Deformation by Imbalance of pH
and Ionic Strength Across the Membrane. Progr. Colloid
Polym. Sci, 138, 49–54, 2011.

- 53 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(82)

醤油-アルギン酸ペーストの粘弾性挙動
松田＊

夏希＊,井上侑子＊,Saphwan Al-Assaf＊＊, 大石祐司＊, 成田貴行＊

佐賀大学大学院

工学系研究科 循環物質化学講座 [〒840-8502 佐賀県佐賀市本庄町 1]
Glyndwr Univ. Phillips Hydrocolloids Research Centre

＊＊

１．緒言
昨今ジュレタイプの新形状醤油が登場している。このゾル状醤油は食感と見た目が特徴的である。醤油の中には多量の塩分が含まれており、またアミノ酸等の成分も多く含まれているため、その粘弾性挙動は複雑であるが興味深い。特に一般的に使用されている増粘剤は多糖類であり、塩を含むではその物性は大きく変図 3.K-1G 3 wt%に NaCl を添加したときの G’

わることが知られている。本研究では、塩分を多く含む醤油が、増粘剤である多糖水溶液の粘弾性挙動に与える影響を明らかにするため、増粘剤としてアルギン酸カリウム酸を用いて醤油-アルギン酸ペーストと食塩-アルギン酸ペーストの粘性挙動の比較を行った。実験に使用したアルギン酸カリウムにはグルロン酸（G）
もしくはマンヌロン酸（M）を多く含む試料について検討することで、M/G 比の違いが粘弾性に与える影響に

図 4.K-1G 3 wt%に NaCl を添加してときの G”

ついても検討した。

K-1G 及び K-1M で調製した醤油-アルギン酸ペー

２．実験方法
増粘剤としてグルロン酸を多く含むアルギン酸

ストは塩化ナトリウムを添加量が大きくなるに従カリウム（K-1G）マンヌロン酸を多く含む(K-1M)って G’および G”が増加した。若干 K-1G は K-1M

各 ア ル ギ ン 酸 カ リ ウ ム 水 溶 液 3 wt% に 濃 度 がに比べ低周波数領域で、塩の添加による G‘変化

0.25,0.5,1.5,2,2.5,2.8 M になるように塩化ナトリウが大きく現れた。一方で、G”においては周波依存ムを添加した試料と同程度の塩分を含む醤油-アルギ

性の違いが現れた。また、K-1G の場合、塩濃度がン酸カリウム溶液を調製し、粘弾性挙動をレオメータ

2 M を超えると塩濃度増加に従い G’、G”共に低ーにて測定した。

下する傾向がみられた。
醤油-アルギン酸ペーストにおいては上記に示

３．結果及び考察

した食塩を添加した挙動とほとんど同じ傾向をしめした。この結果は、醤油に含まれるアミノ酸類
は、増粘剤であるアルギン酸の粘弾性挙動にほとんど影響を与えないことを示唆している。
４．結言
醤油がアルギン酸カリウム水溶液の粘弾性挙動に与える影響について検討した。塩化ナトリウムを添加した際と同様に、醤油添加によって、アルギン酸ペース
図 1.K-1M 3 wt%に NaCl を添加したときの G’

トは増粘することから、ナトリウムイオンがカリウムと交換される作用によって、ゾル内である種の構造形成が生じ、結果 G’及び G”の増加が観察されたと推察できる。

図 2.K-1M3 wt%に NaCl を添加してときの G”- 54 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(83)

ゼラチンゲルのレオロジーとヘリックス形成
槇 靖幸＊，渡部 翔＊, 矢島一樹＊, 松尾光一＊＊＊

群馬大学理工学研究院 [〒376-8515 群馬県桐生市天神町 1-5-1]＊＊
広島大学放射光科学研究センター

１．緒言

かった。このことからゼラチンゲル中で再生されゼラチンゲルの物性は、温度変化の履歴に依存たヘリックス構造の割合(ヘリックス分率)χは、し、例えば、ゼラチン水溶液をゲル化点以下へ急

χ=(θ-θd)/(θh-θd)

冷後、ゲルの力学的性質は時間とともに非常にゆで見積もることができる。ここでθd,θh はそれぞっくり変化する ことが知られている(エイジン

れ、ランダムコイル状態のゼラチン水溶液と、コグ)1)。ゼラチンは、トリプルヘリックス構造を持

ラーゲン溶液の楕円率である。

つコラーゲンの変性により得られるタンパク質で

図 1 は、濃度 c=3.0wt%および 5.0wt%のゼラチンあり、ゲル状態ではゼラチン分子が部分的にコラゲル(APH-150)の 5.0oC または 9.0oC でのエイジン

ーゲン様のヘリックスを再生し架橋領域を形成しグ過程における貯蔵弾性率 G’をゼラチン濃度とていると考えられている。ゼラチンのエイジング

ヘリックス分率の積(ヘリックス濃度 cχ) でプロの研究においては、旋光度測定によりヘリックス

ットしたものである。以前の報告 2)と同様に、ゼ構造の再生が研究され、ゲルのレオロジー的性質

ラチン濃度とエイジング温度によらず、一本のマとの関係が議論されてきた

2)。最近我々は、放射

スターカーブによって表現されることが示された。

光源を用いた真空紫外円二色性(VUVCD)を用いて、ゼラチンゲルのエイジングにおけるヘリックス構

10000

造の再生過程を調べた 3)。旋光度と違い VUVCD ではスペクトルの帰属を行うことにより、各構成成糖などの光学活性のある添加物が共存する場合には特に有効である。

1000

G' [Pa]分の構造変化の寄与を明確にできる利点があり、本研究では、ゼラチンゲルのエイジングにおけ

100

10

る濃度や温度の効果を、VUVCD を用いたヘリック
ス形成過程とレオロジー的測定により調べた。

1
0

0.02

0.03

cχ [wt%]２．実験方法
試料として、豚皮由来ゼラチン（新田ゼラチン
APH-250, APH-150）を用いた。チオシアン酸カリ
ウム水溶液を溶媒とする希薄溶液の静的光散乱測
4)

0.01

定 により、これらの重量平均分子量は、2.6×10

5Fig. 1 Storage modulus G’ of gelatin gels (APH-150) as afunction of helix concentration cχ for c = 3.0 wt% at 9.0 oC(○) and 5.0 oC (△) and for c = 5.0 wt% at 9.0 oC (◇) and
5.0 oC (□), respectively.

(APH-250), 1.3×105 (APH-150)と求められた。ゲルの調製には溶媒として Milli-Q 水を用いた。

文

動的粘弾性は、レオメータ（Rheologia A300,
Elquest）を用い、歪み 1%、周波数 0.05-5 Hz で測定した。VUVCD スペクトルは、広島大学放射光科学研究センター(BL-15)において測定を行った。
３．結果と考察
ゼラチンゲルの VUVCD スペクトルを測定し、コラーゲンのスペクトルと比較を行うことにより、
波長 198 nm における楕円率θの値がゼラチンゲル
中のヘリックス構造の量を反映していることがわ

献1) Parker, A., Normand, V.: Glassy dynamics ofgelatin gels. Soft Matter, 6, 4916-4919 (2010).
2) Joly-Duhamel, C., Hellio, D., Ajdari, A.,
Djabourov, M.: All gelatin networks: 2. The
master curve for elasticity. Langmuir, 18,7158-7166 (2002).
3) 槇 靖幸, 渡部 翔, 松尾光一, 土橋敏明: 真空紫外円二色性を利用したゼラチンのエイジングの観察. 日本バイオレオロジー学会誌 26,
60 (2012).
4) Stejskal J., Straková D., Kratochivíl P.: Molecularcharacterization of gelatin by light scattering.
Makromol. Chem., 188, 855-860 (1987).

- 55 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(84)

マルチチャネルコラーゲンゲルの階層構造に与える温度の影響
古澤和也*、花崎洋平**、増元淳一**、福井彰雅*、佐々木直樹*
*

北海道大学

大学院

先端生命科学研究院 [北海道札幌市北区北 10 条西 8 丁目]
北海道大学 大学院 生命科学院

**

１．緒言
我々は酸性のコラーゲン水溶液を中性のリン酸
緩衝液中に透析することで、コラーゲン線維の配r

向構造と巨視的なマルチチャネル構造を併せ持つ
コラーゲンゲル（マルチチャネルコラーゲンゲ
ル：MCCG）を調製する方法を見出した 1。MCCGは生体模倣的な階層構造をもつ。それゆえ、MCCG
は生体組織の階層構造を再生するための鋳型として利用することが可能である。そのためには、

Figure 1. The opcical photograph of the MCCG films
fabricated at 10 oC.

MCCG の階層構造を調節することで、構築される

よって管径勾配を制御すること可能であることが再生組織の階層構造を制御する方法を確立するこ示された。

とが必要不可欠である。
本研究では、MCCG を調製する際の温度を制御

４．考察

することでさまざまな階層構造の MCCG を調製する方法を紹介する。

MCCG のマルチチャネル構造はコラーゲン水溶液の相分離によって形成されたミクロ相分離構造
がゲル化によってピン止めされることで形成され

２．実験方法る 1。そのため、相分離が起こってからゲル化によ

実験には高研から購入したアテロコラーゲン水溶液（I-PC50）を用いた。200 l のコラーゲン水ってピン止めされるまでの時間（tp）は、マルチチ
ャネル構造の管径を決定する重要な因子となる。

溶液を 100 mm ディッシュに滴下し、その上に直ゲル化の速度は温度上昇とともに速くなることが

径 18mm の円形カバーガラスを置いた。次に、20 ml

過去の研究により明らかにされている。それゆえの pH7.10 のリン酸緩衝液をディッシュに注ぎ異

tp は温度上昇とともに短くなる。tp が短くなると、なる温度（10 oC、20 oC および 30 oC）のインキュミクロ相分離によって形成される希薄相のより大ベーター内に静置することで MCCG を調製した。

きく成長することができなくなる。このことが調製された MCCG のマルチチャネル構造を特徴

MCCG のマルチチャネル構造が温度によって変化付けるために ImageJ を用いて管径を測定した。まするひとつの原因であると考えられる。

た微視的な構造に与える影響を調べるために、小角光散乱測定を行った。

５．結言
調製温度を変えることで、異なる管径勾配を持つ

３．結果
Figure 1 に異なる温度で調製した MCCG の写真を示した。放射状にマルチチャネル構造が配列しMCCG を調製することができた。この結果は、MCCGを用いて構築する再生組織の巨視的スケールでの構造制御に利用することが可能である。

ていることがわかる。Figure 1 よりマルチチャネル
構造の管径(Dpore)は MCCG の縁からの距離(r)の増６．参考文献加とともに太くなることがわかる。このことから、

1) Furusawa, K., Sato, S., Masumoto, J., Hanazaki,

MCCG の マ ル チ チ ャ ネ ル 構 造 に は 管 径 勾 配

Y., Maki, Y., Dobashi, T., Yamamoto, T., Fukui,(dDpore/dr)があることが示される。異なる温度で調A., Sasaki, N., Biomacromolecules, 13, 29-39,

製した MCCG の管径勾配を比較した結果、調製温

2012.

度の上昇とともに MCCG の管径勾配は有意に減少することがわかった。このことから調製温度に- 56 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(85)

DNA-陽イオン界面活性剤複合体フィルムの構造と物性佐々木直樹○, E. C. Ossai*, 岡田昴樹*，大木翔太*，古澤和也，福井彰雅
北海道大学先端生命科学研究院，*北海道大学大学院生命科学院[〒060-0810 札幌市北区北 10 条西 8 丁目]
１．緒言

図 1 は雲母壁界面にキャストした DNA-CTA 表面

高分子溶液から高分子固体への物性変化を引き起こす要の AFM 像である．一面に均一な大きさの粒子を見るこ因の一つに, 高分子鎖の相互侵入による絡み合い形成がとができる． 更に, 部分的に高いところもみられ, そのある．高分子固体の物性は, 温度や分子量などを変化させ

高さは下の層から一様に30 nm 程度である．30 nm の高さ

ることの他, 絡み合いの量と質によって大きく変わっての粒子の第1 層に30 nmの高さの粒子の第2 層が載ってい1)

くる ．温度や分子量は予め制御可能な量だが, 従来の固るとみることができる．各層内では粒子の直径は0.2  0.4体形成の方法では絡み合いに関するパラメータは, 温m であり, 粒子は扁平な円盤状である．20 kbp 程度の度・分子量を決定すれば必然的に決まってしまう．もし,DNA 分子について, 0.2MNaCl 水+glycerol 溶液中のDNA

高分子の分子量を変化させることなく, 固体中の絡み合(ランダムコイル)と, エタノール+glycerol 溶液中のDNA-

い量を制御できるとすれば, より広範かつ絶妙な物性をCTA(グロビュール)の慣性半径の比は0.30.39 であること持つ高分子固体を作ることができるのではないだろうか?

が報告されている 3)．一方同程度の長さのDNA 鎖の広がこのような問題意識から, 我々は分子量を変えることな

りは0.2MNaCl 水溶液中で約1 m とされていることから,

く, 絡み合いのみを制御できる高分子固体の創製を目指

エタノール溶液中でのDNA- CTA 鎖の広がりは0.4 m

した．既に出来上がった絡み合いを解くのは殆ど不可能と程度であることが予想される．図中の粒子径は, この値よ思われるが, 新たに作ることなら分子鎖の運動の励起でりも少し小さ目であるが, 乾燥により収縮することを考慮可能であろう．そこで, 絡み合いが極端に少ない高分子固すれば, これらの粒子はDNA- CTAグロビュールであると体をこのプロジェクトの出発物質とする．その場合, 熱処

考えられる．発表では，このフィルムを用いた誘電緩和

理によって絡み合いを作ることから, 高分子の分子量はおよび応力緩和実験の結果も示す．

絡み合い形成臨界分子量より大きい必要がある．高分子鎖は貧溶媒中でグロビュールとなり析出する．溶液中や凝集中で安定なグロビュールがあるなら，上の条件に叶う適う出発物質となりうる．Sergayev 等はDNA と陽イオン性界面活性剤の複合物が，アルコール中で安定なグロビュール
として存在していることを示した 2)．これに倣い，本研究ではDNA と陽イオン性界面活性剤の複合物を用いた．
２．実験方法Figure 1. AFM image of DNA-CTA film.

DNA としてはサケ白子由来 20kbp のものを，陽イ
オ ン 界 面 活 性 剤 に は ， cethytrimethylammoniumbromide(CTAB)を用いた．これらの水溶液をそれぞれ用意し混合する．得られる析出物が DNA-CTAである．析出物を十分洗浄のあと乾燥し，パウダーとする．フィルムは，DNA-CTA パウダーをエタノールに溶解し，濃縮の後キャストして乾燥したものである．
３．結果と考察文献
1. E-J Donth Relaxation and Thermodynamics in Polymers.
Academy Verlag, Berlin, 1992.
2. V. G. Sergeyev, S. V. Mikhilenko, O. A. Pyshkina, I. V.
Yaminsky, K. Yoshikawa J Amer Chem Soci 121,
1780-1785 (1999).
3. N. Sasaki, H. Ashitaka, K. Ohtomo, A. Fukui Int J Biol
Macromol 40, 327-335 (2007).

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(86)

蠕動運動による腸内気泡の運動
多羅尾範郎＊＊ 聖隷クリストファー大学

リハビリテーション学部 [〒433-8558 浜松市北区三方原町 3453]

１．緒言

物質の周りに集まる細菌の時々刻々の密度分布を高齢化社会に備えて、QOLT(Quality of Life

計算し、数密度× 餌(誘引物質でもある)の濃度にTechnology の略)が求められ、老後の楽しみに直比例してガスが発生すると仮定して計算した。境結する食道や胃腸の嚥下や消化の改善は重要な課

界条件と初期条件は、半径 r  a の球形誘引物質塊

題の一つである。腸内に発生したガスは、その分布周りに最初は一様に細菌が分布し、その後、誘引や量によっては、腸の蠕動運動を阻害し、腸閉塞等の物質濃度勾配で集まる。細菌の動きと誘引物質濃原因となる可能性がある。本研究は以下の２つの部分

度は拡張したSegelタイプモデルを使って計算した。

に分けられる。初めの部分は食物からガスがどの様に

２．１

走化性細菌の拡張 Segel タイプモデル

発生し、それが重力によりどの様に浮上するかの計算

境界条件と初期条件は球対称モデルにおいて、であり、後半は腸の蠕動運動により、降伏応力を持っn  nmax at r  a ，c  c0 at r  a ， n  n 0 at r   ,c  c B . at r   ，等の境界条件と、初期条件：n  n0 at

た粥状物質がどう動き、その中の微小ガス球がどういう挙動を示すか、また、その結果蠕動運動にどの様なr  0 を仮定し、拡張したSegelタイプ走化モデルで動く影響をあたえるか、についての研究である。前半のガ

誘引物質濃度や細菌の数密度変化は拡散方程式類

スの発生は主に、水素，炭酸ガス，アンモニア，硫化似微分方程式

水素，メタン，等の通常ガスと、インドール，スカト
ール，フェノール，等の有毒ガスがあるが、ここでは、

c1   2 c 
 DC n r  nDE c  を満足tr 2 r  r r 2
r
ac0 1
c
  r '  r ' dr '  r '  r ' dr 'cBするグリーン関数：rraan( r ' ) 1   2 n   c r '(ただし、 r ' 

腸内ガス発生菌が、食物中に含まれる誘引物質に群がは、細菌の数密度関数)
Dc c r '  C2
であり、この２式で逐次近似し、n, c を計算できる。

り、下記の様な化学変化でガスを発生するものをモデ

また、上記式の中の係数も、 D c  1 ル化した。腸内において、典型的なガスは、必須アミD n   D c 0

4c Cn

n

DE c   cc  Cn2 (c )  K 1 cノ酸の一つ Tryptophan:C11H12N2O2 や類似の成分が変(c  C2) で変え逐次計算した。
1   2 n 
この計算で、時々刻々のガス球の大きさが計算で化した 3-Indolepropionnic acid C11H11NO2 や前駆物

き、その時の浮力を計算し、浮上速度を計算した。

質の Tryptamine: C10H12N2 + 炭酸ガス CO2 から発生す

２．２

る。
また、
これらから発生したIndole C8H7N やSkatole蠕動運動の計算では、内部が降伏応力を持った解3-Methlindole C9H9N は、悪臭があり、糞の臭気成分

析的な解のある Casson 流体を使った。 下式で、の１つであり、これらの反応は、腸内細菌の作用によ

降伏応力は fc 大ズリ速度の粘性率がc

り促進される事が知られている。本計算は、この様にであり、ワニス、溶融チョコ、細血管中血液、等

して腸内細菌によって発生したガスが、腸内の粥で良く使われる。軸対称、凹んだところが速度 U状物質内に、どの様に影響し、何処へ輸送されるで移動するモデル、周りに消化液が付着している。

かを調べた。また、粥状物質の降伏応力とガス塊

この流れはかなり複雑だが、の大きさ、蠕動運動の関係で、ガス排出等にどの解析的な解がえられ、それを様な事が言えるかも調べた。腸内の食物中の誘引物

使い、各所の応力が得られる。

質に群がるガス発生細菌挙動を擬似実験する走化性数

この応力を使い、凹み率 0.3 の場合の蠕動運動を学的モデルで、発生ガスの成長と浮上速度を計算した。

駆動する力を計算し、降伏応力が大きいと駆動に

この計算は、ガスによる腸閉塞を防止するための体位力を要する事もわかった。また、各場所での速度変換の時間間隔を見積もるのに役立つと期待される。

分布を計算することにより、狭窄の右側で一様に２．計算方法

分布していた泡がやや軸方向へ寄ることがわかり、C

蠕動運動によるガス泡分布の変化計算

本計算は、ガス発生バクテリア（細菌と略記）

小さな泡は重力の影響がないため、蠕動運動の効の拡張した Segel タイプモデルによる走化性移動モ

果でコア周辺に集まって合体する事が少なくなり、デル計算に従ったガスの成長・浮上速度計算，及腸閉塞になり易い事もわかった。

び，蠕動運動によるガス泡分布の変化計算の２つ

３．結語についてそれぞれ計算方法と結果が分けられる。
ガス発生計算は，球形の細菌（バクテリア）誘引

計算により、バクテリアによるガスの発生とその蠕動運動への影響を調べる事ができた。

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(87)

気管支分岐付近での痰塊表面の剥離
多羅尾範郎＊＊ 聖隷クリストファー大学

リハビリテーション学部 [〒433-8558 浜松市北区三方原町 3453]

１．緒言
気管支内に発生した痰栓が呼吸換気を妨げる事は周知の事実だが、この痰塊の付着は気管支の炎
症部位や気管支分岐部付近に発生する事が多い。
今回我々は気管支分岐部付近の一方の枝に付着した痰塊が、閉鎖していないもう一方の枝からの気Fig.1 Geometry of the Model: Sputum Plug Embedded in Respiratory System

流によって剥離する様をガラス分岐管による模擬する事がわかったが、この内、界面活性剤濃度が実験で確認し、また、どんな条件でこの様な剥離大きく影響する表面張力に注目して解析を行った。

が起こるかを理論的に計算する事により調べる解

計算結果の一部は、Fig.2 に表わされている。

析に成功したので、本学会で報告する。どの様な同じ気流の速さ

メカニズムで痰栓が外れるかは、著者も永年に渡の場合、表面

研究してきたが、いずれの場合にも、最終的には張力が大きい気道に付着した痰塊は気流による剥離か繊毛運動

場合程、大きによる輸送によってのみ体外に排出される。また、塊になるまで気流によって外れ損なった痰栓が、場合によって剥離されない痰中の泡となる事が考えられるが、この様な現象事がわかる。計が喘息等で気管支内径が細い場合に起こりがちで算は、発生したある事も、本研究によって明らかになるものと期泡の崩壊可能性待される。一方では、咳の様な速い気流での痰塊も行った。

剥離においては、剥離した痰は微小な霧滴となり、

３．実験方法と結果

Fig.2 Maximum volume of the sputum drop

泡とはならない。このように正常な咳による去痰

右図の様なガラス分岐管の場合、痰の中に泡が発生する事は考え難いが、にスポイトで適度な圧力

前述の様な気道の狭窄がある場合は、排気気流がで気流を送り、もう一方

十分流れない事により、流れの陰圧が十分でなく、の分岐から、表面張力のしたがって、衝撃波も生じなく、中途半端な気流

わかった着色水を適度にによる泡が生ずる場合も考えられる。泡の呼吸に押出し、着色水塊が気流対する影響では、多くの泡の発生、または巨大なによって剥離する様を高泡の発生により、泡で気道がふさがる事があり、

速ビデオカメラにより撮影した。界面活性剤によ換気を悪くする事が多いと思われる。本研究は、り表面張力が弱まった着色水の場合、分岐に達しどの様な時に何処に泡が発生し易いかの理論的なた僅かな塊からも剥離が起こり、それが気流によ考察とそれに関する擬似気管支内実験、及び、モり泡となる様子が撮影された。また、気流が速い

デル計算を基に、痰の剥離を解析したものである。

と泡が細かくなる事も確認され、咳等での気流で

２．理論的考察と計算方法、及びその結果

痰が微小な霧滴となる事が示唆された。

泡発生のメカニズムは大きく分けて２つあると４．考察考えられる。(A)気管支内の痰栓が泡を作るもの、

理論的計算と模擬実験から、分岐の一方の枝か(B)気流によって壁に付着した痰が剥離して泡がら押し出された痰がもう一方の枝からの気流によできるもの、 (A)の計算には Fig.１の様な気管支り剥離する事がわかり、一回に剥離する痰量は、系の分岐モデルを利用し、Maple と Excel を使用

表面張力が増えると増加し、気流が速いほど、少した。結果は、気管支が硬く、界面活性剤の多くなくなる事がわかった。

含まれた場合に泡が発生し易い事等がわかった。

５．結言(B)の計算には、気流の速さと、痰塊の大きさ・痰分岐で痰塊が剥離する様子が、その模擬実験中のビの降伏応力・表面張力・等、多くの物性値が関係デオ撮影で確認され、理論的計算により解析された。

- 59 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(88)

マイクロチャネルデバイスを用いた細胞遊走時の牽引力計測大橋俊朗＊，菅原 章人＊，Justin Cooper-White＊＊＊

北海道大学 大学院工学研究院 [〒060-8628 北海道札幌市北区北 13 条西 8 丁目]
Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology, The University of Queensland, Australia

＊＊

１．緒言

部に入り込むにつれて牽引力は小さくなる傾向が細胞遊走は組織の修復や再生などの恒常性の維持に関わる細胞の基本的な機能であり，がんの発生や転移など様々な疾患の発達や治癒においても重要な役割を果たす．接着細胞は焦点接着斑を介し細胞外基質に対し引張り力（細胞牽引力）を発生させることが知られている．細胞遊走中の牽引力を計測することで細胞遊走のメカニズムをより詳細に把握できることが期待できる．
そこで本研究では，細胞牽引力計測のためのマ
イクロピラーを実装したマルチチャネル細胞遊走デバイスを新たに開発し，細胞遊走時の牽引力計測を行った．

認められ，いずれの細胞においても牽引力の増減に伴い面積が増減する傾向を示した．
４．考察
細胞群の遊走時における同一の細胞の経時観察を行ったところ，牽引力変化と同時に面積も変化する傾向を示した．これは面積が変化することで形成し得る焦点接着班の数量も変化することによって細胞が基質に対し発生する牽引力が変化したと考えられる．以上のことより細胞群の遊走においては，細胞群内部に位置する細胞はただ牽引力が低下するだけでなく速度および面積も同時に減少しており，また細胞間結合力を能動的に変化さ

２．実験方法せながら進むものと考えられる．

フォトリソグラフィー技術およびソフトリソグラフ
ィー技術を用いて製作したポリジメチルシロキサン製のマイクロピラー実装マルチチャネルデバイスの概略
図を図 1 に示す．このデバイスは，Cooper-White ら 1)が作製したマルチチャネルデバイスを参考に，細胞を5．結言
本研究では，細胞群遊走時の牽引力計測が可能なデバイスを用いて，細胞の速度計測，形態変化観察および牽引力計測を行うことに成功した．

コンフルエント状態まで培養させるために設けられた謝辞

液溜め部（15.8 mm x 16 mm），およびその片側に接続

本研究の一部は，日本学術振興会二国間交流事業共された，細胞が遊走するための複数の微小流路(幅 200

同研究（ｵｰｽﾄﾗﾘｱ），文科省科研費基盤 B（24300157）µm，高さ 50 µm)により構成されている．微小流路は 6

および挑戦的萌芽研究（25560187）の援助を受けた．

本で 1 組を成し，それら 6 本の一端が 1 つのシリンジ

記して謝意を表する．

ポートに接続するように，合計 4 組 24 本の微小流路および 4 つのシリンジポートを設けた．拡大図に示すよ
うに，微小流路 1 組内の 6 本の微小流路について左から順に流路 1～6 とした．流路 1 および 6 は底面にマイクロピラーが組み込まれていない参照用流路として用文

献1) Doran, M.R., Mills, R.J., Parker, A.J., Landmanc, K.A.,
and Cooper-White, J.J.: A cell migration device thatmaintains a defined surface with no cellular damage
during wound edge generation, Lab on a Chip, 9,2364–2369, 2009.

い，流路 2～5 は遊走時の細胞牽引力が計測できるよう底面にマイクロピラー（高さ 6.5 µm，直径 2 - 3 µm，中心間距離 5 - 8 µm）を組み込んだ．10% FBS を添加した DMEM 培地を用いて 37℃，5% CO2 の環境下で NIH
3T3 細胞を培養し，実験に使用した．
３．実験結果個々の細胞の細胞群内部における相対的位置に着目すると，常に最前列に位置する細胞や常に内Fig. 1 Multichannel device equipped with micropillars.

部に位置する細胞が存在する一方，最初は最前列に位置するが時間と共に大きく変化させ徐々に内部に入り込む細胞が観察された．細胞は細胞群内- 60 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(89)

AFM を用いたアクチンフィラメントの曲率依存的な
ARP2/3 との相互作用変化測定韓＊ 京都大学成雄， 森田 恭平，安達 泰治

再生医科学研究所 [〒606-8507 京都市左京区聖護院 53]

１．緒言

結合破断力の平均値は，平面基盤に対して波状基盤

アクチンフィラメントは細胞骨格構造の基本単の場合 10 pN 程度上昇し，標準偏差も波状基盤の方が位であり，細胞内・外環境変化に対して適応的に大きいくなった．この結果により，アクチンフィラメ

網目構造や束構造などの高次のネットワーク構造

ントと Arp2/3 の相互作用は，アクチンフィラメントのを作り，細胞の運動や形態形成を支えている．ア

曲率に依存することが示唆された．

クチンネットワーク構造は，アクチンフィラメン
トとアクチン結合タンパク質との相互作用により構築され，力学的因子や生化学的因子の影響を受け，その構造をダイナミックに変化させている(1)．
アクチンダイナミクスの定量的な計測は細胞と組織の生命活動を理解するための非常に重要な課題である．本研究では原子間力顕微鏡(Atomic ForceMicroscopy: AFM)単分子相互作用測定法 (2)を利用したアクチンフィラメントとアクチン結合蛋白質の相互作用測定法を用いることにより，アクチン
フィラメントの曲率依存的な Arp2/3 との相互作用
Fig. 1. Rupture forces histogram of actin filament/Arp2/3

変化計測を試みた．

complex interaction on normal and wave-like substrate using
AFM.

２．実験方法AFM 探針を 3-Aminopropyltriethoxysilane でシラン化し，架橋剤である Sulfo-EMCS を用いて，

４．結言

Arp2/3 を化学修飾した．フォトリソグラフィーに本研究では，AFM を用いて，平面基盤と波状基より作製した波状基盤と平面基盤上に対して、そ

盤上に修飾されたアクチンフィラメントと Arp2/3

れぞれ酸化グラフェンを吸着させた状態で重合さとの相互作用計測を行った．その結果，アクチン

せたアクチンフィラメントを化学修飾した．

フィラメントの曲率に依存して Arp2/3 との相互作

Arp2/3 固定化 AFM 探針とアクチンフィラメント

用が変化することが分かった．今後，アクチンフ

固定化マイカ基板を用いてフォーススペクトロスィラメントの曲率と相互作用の関係を定量的に分コピーを行った．得られたフォースカーブから，析する予定である。

Arp2/3 とアクチンフィラメントの結合破断力を判謝定し，そのヒストグラムを作成した．

辞本研究は，一部，日本学術振興会「最先端・次世代研究開発支援プログラム」(LR017)による援助を受けた．

３．実験結果および考察
荷重負荷速度 12400 pN/s において波状基盤と平面基

文

盤上に対して得られたフォースカーブからそれぞれの献

結合破断力のヒストグラムを作成した．得られたヒス

1) Risca, V. I. et. al.,: Actin filament curvature biases

トグラムに対してガウスフィッティングを行い，最初

branching direction. PNAS, 109, 2913-2918, 2012.

ピークの平均値を求めた(Fig. 1)．Arp2/3 とアクチンフ

2) Han, S. W. et. al.,: Probing actin filament andィラメントの結合破断力の平均値は，平面基盤の場合

binding protein interaction using an atomic force

43.3  9.8 pN であるのに対して，波状基盤では 52.6 

microscopy. J. Nanosci. Nanotechnol., In press.

19.4 pN であった．

- 61 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(90)

細胞のマクロ形態とナノ構造の力学的制御
出口真次 1，松井翼 2，齋藤明 3，佐藤正明 41

東北大学

現名古屋工業大学共同ナノメディシン科学専攻 [〒466-8555 名古屋市昭和区御器所町]2
東北大学生命科学研究科
3
東北大学医工学研究科 現工学研究科
4
東北大学医工学研究科・工学研究科 現東北大学学際科学フロンティア研究所

１．緒言

マイクロパターンの短軸方向に並べた場合では、細胞の形態を規定することができるマイクロパ

長軸方向に接着斑とストレスファイバーは発現せ

ターンは、細胞の機能を研究するうえで重要なツず、代わりに細胞周囲に顕著な仮足の発現が観察ールとなっている。例えば、細胞の分化やアポトされた（図 1 下）。仮足の形成を促す Rac1 の阻害

12剤によりこの仮足が抑制されることを確認した。

在 を、マイクロパターンによって人為的に誘導・このようにマクロな細胞形態が同じでも、接着斑制御できることが明らかとなっている。一方、細の方向を 90 度変えると、異なるフェノタイプが現

胞機能の多くは、細胞のマクロな形態だけでなく、れることがわかった。この新しいマイクロパター

細胞内部の接着斑に作用する張力の大きさにも依ンは、細胞スケールおよび接着斑・ストレスファーシス 、紡錘体の極性 、接着斑タンパク質の局
34

存していることが分かりつつある 。しかし、細胞

イバーの分子スケールという異なる階層の整合性のマクロ形態と、接着斑のナノ構造を独立に人為が果たす役割を解明しうる新しい実験系と言える。

操作して両者の関与を相対的に調べる試みはあま文

りなされていない。本発表はこの二つの階層をそれぞれ力学的に制御できる実験系、およびそれによって得られる実験結果を示す。
２．実験方法シリコーンゴム（PDMS）シート上に微小で滑
らかなシワの列（微小溝）を作る。ただしこの微小溝を作る領域を限定し、微小溝以外の領域は平坦にする。この局在微小溝領域だけで細胞が接着できるように局所的にゼラチンコートを行う。この微小溝のシワの周期はおよそ 300 から 600nm の

献

1) Pitaval, A. et al., Cell shape and contractility
regulate ciliogenesis in cell cycle–arrested cells. J.
Cell Biol. 191, 303-312, 2010.
2) Théry, M. et al., Experimental and theoretical
study of mitotic spindle orientation. Nature 447,
493-496, 2007.
3) Deguchi, S. et al., The position and size ofindividual focal adhesions are determined byintracellular stress-dependent positive regulation.
Cytoskeleton 68, 639-651, 2011.
4) 齋藤，他，細胞基質間接着分子構造の発達と細胞内張力の関係 について．第 25 回バイオエン
ジニアリング講演会，2013．

範囲で、また高さは 75 から 200nm の範囲で調節可能であり、そこに直接接着する接着斑のサイズを制御することができる。また、微小溝の局在領域のサイズや形を調節して細胞の形態を制御できる。この微小溝付きマイクロパターンに平滑筋細胞株 A7r5 細胞を培養し、細胞のマクロ形態と接着斑の方向を独立に制御して、フェノタイプの違いを調べた。
３．実験結果と考察
A7r5 細胞を短軸長さが約 25µm の長方形状マイ
クロパターン上に培養した。さらにそのマイクロパターン内に微小溝を作り、接着斑の方向を制御した。微小溝のないマイクロパターン上では、接着斑およびストレスファイバーが長方形マイクロパターンの長軸方向に発達した（図 1 上）。また、
マイクロパターンの長軸方向に微小溝を並べたと

図 1

きにも同様の傾向が観察された。一方、微小溝を胞（F-actin と核を染色）．矢印：微小溝の方向．

- 62 -

二種類のマイクロパターン上に培養した細日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(91)

間質流制御による 3 次元血管ネットワークの形成
阿部順紀＊、谷下一夫＊＊、須藤亮＊＊

慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科 [〒223-8522 神奈川県横浜市港北区日吉 3-14-1]＊＊
早稲田大学ナノ理工学研究機構

１．緒言

３．実験結果

再生医療の展開には，血管新生の制御が重要で間質流負荷 5 日後，形成された 3 次元ネットワある．特に，血管新生の制御因子として，力学的ークの長さや密度，内腔の直径，ネットワーク根

因子（間質流，せん断応力）と生化学的因子（VEGF

元でのゲル溶解の面積は間質流の大きさに依存しなど）が必要不可欠である．近年，生体外 3 次元

た．本研究では，生理的条件に最も近い 0.71μm/s

モデルを用い，3 次元血管ネットワーク形成に及において安定したネットワークが形成された．

ぼす間質流と VEGF の相乗効果が注目され始めている 1)．しかし，従来研究 1)で用いた間質流の流速は生理的条件2)

４．考察よりも遥かに速く，流速の遅い間

ネットワーク形成が間質流の大きさに依存した質流がネットワーク形成に及ぼす影響は不明であ

原因として，間質流の大きさと VEGF 供給量の関る．ネットワーク形成はせん断応力の大きさに依係を調べた．本研究で用いた間質流 4.29 μm/s は，

3)，間質流に関しても同様の可能性が0.71 μm/s の 6 倍の大きさのため，VEGF 濃度が等期待される．そこで本研究では，マイクロ流体デしいため細胞に供給される VEGF の量も 6 倍とな

バイスを用いて，3 次元血管ネットワーク形成にる．そこで，本研究では 4.29 μm/s と 0.71 μm/s に及ぼす間質流の大きさ依存性を調べた．

おいて VEGF 供給量が等しい条件を用意し，間質存するため

流負荷実験を 5 日間行った．しかし，VEGF 供給
２．実験方法量が等しくても間質流の大きさが異なれば，形成

2 つのマイクロ流路とその間にコラーゲンゲルを有されたネットワーク構造も異なることがわかった．

するマイクロ流体デバイスを作製した（Fig. 1A）．血したがって，ネットワーク形成には，間質流の大管内皮細胞を Lower channel に播種し，24~48 時間後にきさと VEGF 供給量の組み合わせが重要である．

コンフルエントに達した．次に，Upper channel から 3
つの異なる大きさの間質流（0.07, 0.71, 4.29 μm/s）を 5

５．結言

日間負荷した（Fig. 1B）．培養液には 20 ng/ml VEGF

3 次元ネットワーク形成は間質流の大きさに依存しを添加した．間質流負荷 5 日後に細胞の固定，蛍光染ており，生理的な間質流の流速において血管長が色を行い，共焦点レーザー顕微鏡により 3 次元ネット

最も長くなることがわかった．

ワークの構造を解析した（Fig. 1C）．
謝

辞

本研究は JSPS 科研費 22680037 の助成を受けたものである．
文

Fig. 1 Schematic of a microfluidic device. Scale bar = 300 μm.

献1) Song, JW. and Munn, LL.: Fluid forces control
endothelial sprouting. Proc Natl Acad Sci USA,108, 15342–15347, 2011.
2) Chary, SR. and Jain, RK.: Direct measurement ofinterstitial convection and diffusion of albumin innormal and neoplastic tissues by fluorescencephotobleaching. Proc Natl Acad Sci USA, 86,
5385–5389, 1989.
3) Kang, H. Bayless, KJ. and Kaunas, R.: Fluid shear
stress modulates endothelial cell invasion into
three-dimensional collagen matrices. Am J Physiol
Heart Circ Physiol. 295, H2087–H2097, 2008.

- 63 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(92)

低酸素環境下でのニューロン活性化が脳血管へ与える影響
荒井雅貴＊，佐藤竜也＊＊，工藤奨＊＊＊＊

九州大学大学院 工学府 機械工学専攻 [〒819-0396 福岡県福岡市西区元岡 744 番地]
芝浦工業大学大学院 理工学部 機械工学専攻[〒135-8548 東京都江東区豊洲 3-7-5]＊＊＊
九州大学大学院 工学研究院 機械工学部門[〒819-0396 福岡県福岡市西区元岡 744 番地]
＊＊

１．緒言

通常酸素環境下と低酸素環境下におけるニューロン

脳の細胞は高次脳機能を維持するためエネルギ要の活性化に伴う血管径の変化を観察する為に，大脳皮求性が高いが，細胞自体にエネルギ貯留がほとんどな質Ⅳ層に aCSF を充填した細胞外微小ガラス電極を設いため，低酸素環境に置かれると，急速に機能が低下

置し，電流刺激装置によりニューロンに対して神経活(1)する ．低酸素状態が続くことで発症する低酸素性虚動を活発化させる刺激である Synapse 活性化刺激を通

血性脳症(Hypoxic ischemic encephalopathy)は特に大脳酸素環境下と低酸素環境下においてそれぞれ与えた．

皮質を侵食し，不可逆的な脳細胞死によって高次機能障害を引き起こす(1)．そのため低酸素環境から脳細胞

３．実験結果

死を防ぐ脳神経保護の研究が進められている．

３．１ 低酸素環境時の Synapse 活性化刺激が血管径に脳細胞には神経細胞(ニューロン)とグリア細胞があ与える影響

り，ニューロンは脳の神経活動を担い，他のニューロ

低酸素環境におけるニューロンの活性化が脳血管径

ンとシナプスと呼ばれる接合部を介して情報伝達をおに影響を及ぼすかを調べる為に，通常酸素環境と低酸

こなっている．ニューロンと低酸素に関する研究は海素環境のそれぞれにおいて Synapse 活性化刺激により馬領域において最も研究が進んでいるが，大脳皮質にニューロンを活性化させた場合の脳血管径を観察した．

関する研究は少なく，大脳皮質に存在するニューロン

Fig. 1 より通常酸素環境(Normoxia)下において，血管径の活性化が脳血管の調整にどのような影響を及ぼしては時間とともに Contorol から約 88%収縮した．一方，

いるかについては不明な点が多い．

低酸素環境(Hypoxia)下において同一の血管径は，

本研究では，低酸素環境における大脳皮質でのニュ

Contorol から約 106%に拡張した(Fig.1)．

ーロンと脳血管の機能的な繋がりについて着目し，通常酸素環境下と人為的な低酸素環境下で，電気生理学
的手法を用いて大脳皮質のニューロンを活性化させ，活性化前後での脳血管径の変化を観測する実験系を構築し，２つの環境下での血管径の変化を比較した．
２．実験方法２．１ 実験動物及び脳スライスの作製方法
3-4 週齢の Wistar ラットの雄を麻酔にかけ断頭し，

Fig.1 通常酸素環境下と低酸素環境下での脳血管径の変化(**P<0.01: Normoxia vs Hypoxia, Control vs
Normoxia. *P<0.05 Control vs Hypoxia.)

脳を摘出した．摘出した脳はスライサーを用いて,厚さ４．結言

300 μm の脳スライスを作製した．

ニューロンが活性化することにより脳血管は通常酸

２．２ 電気生理学的記録
ニューロンの電位応答記録は単電極膜電位固定用

素環境下では収縮し，低酸素環境下では拡張すること増幅器(CEZ-3100, NIHON KOHDEN)を使用し，微小ガが確認できた．ニューロンの活性化が脳血管径の変化

ラ ス 電 極 に 電 極 内 溶 液 を 充 填 さ せ ， WholeCell

に対して，酸素濃度の違いにより異なる影響を与えてPatchclamp 法を用いて記録した．

いることが示唆された．

２．３ 低酸素負荷

文

低酸素負荷は 95 % O2, 5 % CO2 でバブリングした通常の aCSF から 75% N2 , 20% O2, 5% CO2 の混合ガスでaCSF を通気した低酸素溶液に切り替え，1-2ml/min で連続的に灌流することで低酸素を負荷した．
２．４ Synapse 活性化刺激献1) Calvert , JW., Yin ,W., Patel, M., Badr,A.,
Mychaskiw,G.,Parent,AD.,Zhang,JH.,: Hyperbaric
oxygenation prevented brain injury induced byhypoxia-ischemia in a neonatal rat model.Brain
Research, Vol. 951, pp.1-8, 2002

- 64 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(93)

肝星細胞の遊走における力学刺激と受容体の関連性
隅井干城＊，藤田陵佑＊＊，岩下洸＊＊＊，工藤奨＊＊＊＊＊

九州大学大学院 工学府 機械工学専攻[〒819-0395 福岡県福岡市西区元岡 744]
芝浦工業大学大学院 理工学研究科 機械工学専攻 [〒135-8548 東京都江東区豊洲 3-7-5]＊＊＊
芝浦工業大学 工学部 機械工学科＊＊＊＊
九州大学大学院 工学研究院 機械工学部門

＊＊

１．緒言

(b)

(a)

肝星細胞は肝臓に存在する細胞であり，肝硬変と密接な関わりを持つと考えられ，肝硬変の際には周囲の肝組織から炎症部位に肝星細胞が遊走することが報告されている 1)．肝星細胞は肝硬変の原因となる細胞外マトリクスなどの物質を産生しているため 2)，炎症部位への肝星細胞の遊走は肝硬変の悪化に深く関与していると考えられる．従Fig. 1 Difference of hepatic stellate cell in upper stream

来，薬剤刺激による肝星細胞の遊走については調(a) migration, (b) receptor-expression

査されているが 3)，血流などの流れによって生じ(P* < 0.05, N=3, n=24)

るせん断応力が遊走に与える影響についての研究は行われていない．一方，肝細胞の遊走には血小板由来増殖因子(Platelet-derived growth factor-BB：

４．考察
図 1 より肝細胞の遊走や受容体発現量には流れ

PDGF-BB)などのタンパク質性因子によって引きの大きさが影響していることが明らかとなった.2

3)

起こされていることが知られている ．
そこで本研究では，肝星細胞にせん断応力を負Pa せん断応力を負荷した肝星細胞の遊走距離は静荷した際の遊走変化を測定し，遊走に及ぼす力学

置状態より長く，PDGF-BB 受容体の発現量も静刺激と受容体発現量の影響について調査した．

置状態と同じであった．これは，2 Pa の流れ負荷時では PDGF-BB ではなく流れによる力によって細胞が遊走したと考えられる．一方，0.6 Pa のせ

２．実験方法
肝星細胞を60 mm ディッシュ(IWAKI)に培養し，ん断応力負荷時では流れが存在するにも関わらず

マイクロピペットで細胞を剥離させ傷をつけた．

遊走距離が静置状態より短く，PDGF-BB 受容体

その後，平行平板型フローチャンバーでせん断応の発現量も静置状態と同じだった．これより，力を 9 時間負荷した．せん断応力の大きさは静置

0.6 Pa せん断応力は PDGF-BB 以外の要因に影響を状態，生体内を模擬した 0.6 Pa，血流増加時を想与え，肝星細胞の遊走を抑制していると考えられ定した 2 Pa の３種類とした．遊走測定を行う細胞

る．

は流れの上流側と下流側に存在する細胞とし，遊走の測定は傷の幅の変化を定量化することで評価

５．結言
本研究から，肝星細胞の遊走において力学刺激と受した．PDGF-BB 受容体発現量の測定には蛍光免疫染色法により蛍光輝度を指標とした．実験デー

容体に関連性があることが示唆された．

タは Scheffe 法を用いて検定を行った．

文

３．実験結果せん断応力負荷時における肝星細胞の遊走の測定結果を図 1(a)に示す．肝星細胞の遊走距離は 2
Pa，静置状態，0.6 Pa の順に長くなった．次に各条件における受容体の発現量を図 1(b)に示す．すべての条件において PDGF-BB 受容体発現量に有意な差は見られなかった．

献1) Liu, Z. et al.: Blebbistatin inhibits contraction andaccelerates migration in mouse hepatic stellate
cells. Br. J. Pharmacol., 159, 304-315, 2010.
2) Friedman, S. L. et al.: Hepatic stellate cells:
protean, multifunctional, and enigmatic cells of
the liver. Physiological reviews, 88, 125-172,
2008.
3) Kinnman, N. et al.: PDGF-mediated chemo
attraction of hepatic stellate cells by bile ductsegments in cholestaric liver injury. Laboratory
Investigation, 80, 697-707, 2000.

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(94)

内臓循環系に及ぼす脊髄損傷の影響と再生医療について
飯田 紀子＊＊北海道文教大学・人間科学部・理学療法学科［〒061-1449 北海道恵庭市黄金中央５丁目１９６－１］
１．緒言

この腹腔動脈、上腸間膜動脈流域の実験データ

この研究の目的は、脊髄損傷が局所脈管機能にはすでに 測定されてい る頸動脈 (1,2) 、腎動脈

どの様な影響を及ぼすかを理解するために、胸髄(1,2)、腹部大動脈末端(1,2,3)流域の実験データ

１(Th1)の部位で脊髄切断(spinal transection)と総合することにより、内臓脈管機能に及ぼす脊を行った 時の局所血流量と血流 自 己調節 (flow

髄損傷の影響について更なる検討を行った。

autoregulation)に及ぼす効果を無麻酔下のラッ

４．考察

トにおいて検討することにある。

実験結果から次の点が明らかになった。

２．実験方法[1] 腹腔動脈、下肢動脈の神経緊張の origin は腹腔動脈及び上腸間膜動脈の血流量は電磁血流

上脊髄性で、それは SHR において亢進していた。

計プローブの埋め込み実験により無麻酔下で測定[2] 上腸間膜動脈、頸動脈、腎動脈の神経緊張のを行った。血圧は腹部大動脈末端の部位で、大腿origin は脊髄性であったが、上腸間膜動脈の緊張

動脈から挿入したカテーテルにより測定した。薬は intact の状態では圧受容器反射(baroreflex)

物の静注は右外頸静脈に挿入したカテーテルを通を介して抑制されていた。

して行った。Spinal transection はエーテル麻酔[3] Flow autoregulation は spinal transection下で頸髄と胸髄の境界にある突起を除去すること

により腹腔動脈流域では消失したが、上腸間膜動により Th1 の部位で行った。交感神経節のブロッ

脈流域では維持されていた。しかし、上腸間膜血

クには hexamethonium bromide(C6:25mg/kg iv)を、

流量は spinal transection により有意に減少した。

また spinal transection による血中バゾプレシン[4] 頸動脈（脳血流）、腎動脈、腹腔動脈、上腸濃度の変化は vasopressin antagonist (VPA:0.01

間膜動脈、腹部大動脈末端（下肢骨格筋血流）にmg/kg iv)を用いて測定を行った。

おける平均血流量の総和は spinal transection に

本研究における動物実験は日本生理学会及び広島より著しく減少した。これは容量（静脈）血管の大学医学部の倫理規定に従い行った。

拡張で心臓への還流血流量が減少し、心拍出量が３．実験結果減少したことを示している。

腹腔動脈流域の血管抵抗は、intact rat(spinal

５．結言

transection を行わないラット)では正常ラット

結論として、脊髄損傷により腹腔動脈及び上腸間膜(NCR)及び本態性高血圧ラット(SHR)共に C6 の投動 脈 流 域 の 脈 管 機 能 は 腹 腔 流 域 で は flow

与により有意に減少したが、spinal rat (spinal

autoregulation の消失により、上腸間膜流域では血流transection を行ったラット)の NCR 及び SHR につ

量の減少により侵害されていることが分かった。特に、いては C6 による有意の変化は無かった。また、

肝循環系では容量血管の拡張で肝静脈圧及び門脈圧がspinal transection による血中 VP 濃度の上昇は上昇し、門脈側副経路の血流上昇による食道静脈瘤、

SHR のみに観察された。一方、上腸間膜動脈流域

腹水の貯留、臍傍静脈の怒張の発生で生命に係る障害の血管抵抗については、intact rat の NCR 及び SHRの生じる可能性が考察された。これらの障害を修復すには有意の変化は無かったが、spinal rat では NCR

るにはヒト iPS 細胞による脊髄損傷への再生医療の応及び SHR で有意に減少し、血中 VP 濃度は両ラット用が期待される。

で有意に上昇した。次に、flow autoregulation

文 献1) Iriuchijima, J. and Sakata, S.: Regional differencein sympathetic vasoconstrictor tone in conscious
rats. Jpn. J. Physiol., 35, 1051-1063, 1985.
2) Iriuchijima, J.: Regional distribution of
vasoconstrictor tone in acute spinal rats. Jpn. J.
Physiol., 40, 907-914, 1990.
3) Iriuchijima, J.: Supraspinal origin of abnormal
hindquarter vasoconstrictor tone in spontaneously
hypertensive rats. Tohoku J. Exp. Med., 167,
115-119, 1992.

は、腹腔動脈流域では spinal transection により消失し、両ラットの血流量は血圧の減少と共に減少した。しかし、上腸間膜動脈流域では spinal
transection により両ラットの血流量は有意に減少したが、flow autoregulation はその後も維持されていた。

- 66 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(95)

骨粗鬆症による脊椎の変形と腹部大動脈瘤の関係
ー共同研究者を求めていますー本田＊ 香川県立中央病院

透＊

リハビリテーション科 [〒760-8557

１．緒言

香川県高松市番町 5 丁目 4-16]

かった（下図）。また、体幹前屈により、D は平均 1.5cm

骨粗鬆症は脈管系に動脈硬化などの質的な変化

短縮し腹部大動脈が更に圧縮される可能性を伺わせた。

を招くので、慢性腎疾患や糖尿病、高血圧症などの生活習慣病との関係が注目されている．一方、演者は、高齢の腹部大動脈瘤(AAA)の患者に骨粗鬆症による脊椎圧迫骨折が多発していることを知り、両者の合併状況を調べ、骨粗鬆症性の脊椎変形が形態的に AAA の誘因・増悪因子になると考えるようになった。演者は、この調査結果を示し、動脈硬化や石灰沈着が生じた大動脈が、脊椎の変形に伴い弯曲・屈曲したときの血流動態や動脈壁にかかるストレスの変化をコンピューターシミュレー
ションで評価できる研究者の協力を仰ぎたい。
２．実験方法2008 年 5 月以降の 3 年間に当院でステント内挿術を受けた AAA 115 例中 3D-CT 矢状断像がある男

４．考察

性 63 例(75.3±8.3 歳)、
女性 21 例(80.2±7.3 歳)を、AAA の発生と進展には遺伝・環境・免疫学的要因・

大動脈と AAA の形状で分類し（下表）、合併する血流の変化などの多因子が複合的に関与しているとさ既存脊椎骨折を半定量(SQ)評価法に準じて評価しれが、血流の変化の原因とその予防の重要性について（下図）、群毎に集計し比較した。次に、別の 20は言及されていない。骨粗鬆症による脊椎の変形は、

例で腰椎機能撮影 X-P 上の第 12 胸椎と第４腰椎のAAA の原因となる可能性がある。骨粗鬆症、AAA と

前方 1.5cm の点の距離(D)の動的変化を調べた。

も、重症になって初めて認知されることが多いので、両者の発生と進展を経時的に観察することは容易でない。演者は、この病態を検証する手段として、流体力学的シミュレーションが有効と考える。なお、発展的に考察すれば、大動脈の変形は臓器への血流低下を引き起こし、慢性の内臓疾患の誘因にもなりえるので、脊椎変形は可能な限り予防したい。
５．結言
骨粗鬆症性骨折の発生は治療薬の発達などにより制御できる時代になった。骨粗鬆症の予防と治３．実験結果嚢状瘤 11 例中 7 例、紡錘状瘤 73 例中 69 例に大動脈の弯曲・蛇行があった。全例に脊椎骨折があり、動脈変形が重度な群ほど骨折数が多く高 Grade の骨折が多療は、運動機能低下を防ぐばかりではなく、質的・形態的に大動脈の変化を防ぎ AAA を予防するための方策としても重視されるべきである。

- 67 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(96)

粥状動脈硬化斑の伸展試験
山田 宏＊，坂田 則行＊＊
＊ 九州工業大学

大学院生命体工学研究科 [〒808-0196 福岡県北九州市若松区ひびきの 2-4]＊＊
福岡大学 医学部

１．緒言

３．実験結果と考察

血液中の脂質が動脈の内膜に侵潤して粥腫とな

68 歳男性の胸大動脈の黄色プラーク領域の線維り，さらに粥腫と血液の間に位置する内膜は線維被膜の応力－ひずみ関係を Fig. 1 に示す．図の曲1)

被膜化が進んで，粥状動脈硬化斑が発達する ．

線は試験片が破断するか，つかみ具の把持部で明Holzapfel らは粥腫の発生した腸骨動脈を内・瞭な滑りが生じるまでの範囲である．ひずみが中・外膜の 3 層に剥がして単軸引張り試験を行い，10%から 20%程度生じる間に応力は 1MPa 以上の応力－ひずみ関係から各層の力学特性を調べてお大きさとなっており，同年代の正常な血管壁の応り，標本毎に異なる挙動が見られた

2)

．この結果

力－ひずみ関係に比べて著しく硬くなっている．

が示すように動脈硬化斑の状態は各々異なっており，データの積み重ねが必要である．
冠動脈や頸動脈は動脈硬化の好発部位としてよく知られているが，大動脈にも動脈硬化斑の形成が認められる．大動脈は動脈に比べて管径が大き
く，切り出した試験片の曲率が小さいので，伸展試験に適している．そこで本研究では，大動脈プ
ラークの線維被膜を対象として伸展試験を行った．
２．実験方法福岡大学医の倫理委員会の承認を受けて，剖検
例におけるヒト大動脈の動脈硬化プラーク領域のFig. 1 Stress-strain relationships for the two specimens

線維被膜を対象として単軸伸展試験を行った．試of fibrotic intima under uniaxial stretch (68 y.o. male).

験装置は容量 5N のロードセル，自動ステージ，
レーザ変位計，生理食塩水で満たされ温度 37℃に保った水槽，デジタルカメラなどからなる．
血管軸方向を伸展方向として，－40℃で冷凍保存された標本を幅 1 mm に切り出し，線維被膜を剥がした後，つかみ具間距離 6 mm で把持した．
伸展試験前には，森田の手法を用いて，粒子状の印を試験片表面に付した 3)．試験ではまずプリHolzapfel らも腸骨動脈の動脈硬化部について伸展試験を行い 2)，本研究と同様に著しく変形し難い性質を得ており，線維被膜の特徴と考えられる．
５．結言
剖検例の大動脈プラークの線維被膜について単軸伸展試験を行い，著しく変形し難い性質を得た．
謝

コンディショニングとして，ひずみ速度 1%/s，ひずみ範囲 10%，６周期の繰返し伸展を行った．次日本学術振興会学術研究助成基金助成金（基盤研究に，同じひずみ速度で破断するまで伸展した．変位はつかみ具間距離の変化量に相当し，荷重と変辞(C), 23560091）の支援を受けたことに謝意を表す．

位の時系列データをコンピュータに取り込んだ．
文

また，試験片表面を連写して，粒子の移動を追跡して伸展方向ひずみの測定に用いた．
試験後，つかみ具間の伸びと端部から離れた試
験片領域のひずみの関係を DippMotionPro 2D（㈱ディテクト）で調べ，荷重－変位関係から直接得られる応力－ひずみ関係のうちのひずみ値を補正して，試験片の応力－ひずみ関係を得た．

献1) Yamada, H. and Sakata, N.: Low pressure
condition of a lipid core in an eccentricallydeveloped carotid atheromatous plaque: A static
finite element analysis. J. Biorheol., 2012.
2) Holzapfel, G. A., Sommer, G., and Regitnig, P.: J.
Biomech. Eng., 126, 657-665, 2004.
3) 森田康之，ほか４名：日本臨床バイオメカニク
ス学会誌, 28, 91-97, 2007.

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(97)

多孔薄膜カバードステントの開発（生体外模擬実験による瘤塞栓性能の予測）
田地川勉＊，紅林芳嘉＊＊，西正吾＊＊＊，中山泰秀＊＊＊＊＊関西大学システム理工学部 機械工学科 [〒564-8680 吹田市山手町 3-3-35]＊＊
関西大学大学院 理工学研究科＊＊＊
札幌東特洲会病院 脳神経外科＊＊＊＊
国立循環器病研究センター研究所 生体医工学部 医工学材料研究室

１．緒言

ネック係数）そこで，このパラメータと各赤道面

我々は，未破裂脳動脈瘤の新しい治療デバイスと直径の動脈瘤モデルに対して，PIV による動脈瘤して，多孔薄膜カバードステントを開発している.本内流れの可視化計測結果より求めた瘤内平均せん

カバードステントは，カバー薄膜に多数の微細孔をも断速度との関係を図 1 に示す．この結果から，粘たせることで，確実な瘤塞栓と過度の新生内膜形成に性による駆動トルクと瘤内血液の慣性モーメントよる親血管の狭窄の抑制を両立している.これまで動の比の増加と共に瘤内せん断速度も増加する傾向物実験で微細孔の開口率が 23.6%でもこれらを両立でにあり，動脈瘤内で観察された 3 つのフローパタ

きたが，より大開口にすることで更に早期内膜化が期ーン毎に，近似直線の傾きが異なっていた．また，待できるが塞栓性能の低下が懸念される.そこで微細動脈瘤の大きさによって薄膜の留置効果は異なっ孔の設計最適化を目的として，多孔薄膜の孔径と開口ており，同じ薄膜であれば動脈瘤が大きいほど，率が瘤内流れにおよぼす影響を生体外模擬実験で調べ

微細孔直径が同じであれば開口率が小さいほど，た.

同じ開口率であれば微細孔直径が小さいほど，瘤

２．実験方法内せん断速度が小さくなることが分かった．ここ

流体力学における力学的相似則に基づき，定常で，貝原らによる静脈血栓発症の閾値 2)であるせ流を動脈瘤モデルに流し瘤内流れを可視化計測した.

ん断速度 1s-1 を瘤塞栓の閾値とすると，最も治療

本研究では，瘤内の二次流れの影響を極力なくすため，しにくいと考えられる直径 7.12mm の動脈瘤でも，簡単化した二次元動脈瘤モデルを，アクリルを切削し多孔薄膜の開口率約 40%，孔直径 100m 以下で，て作製した.親血管は一辺 Dh=5mm の正方形断面とし,動脈瘤を確実に塞栓できることが予測された．

動脈瘤モデルのネック幅 N=7.07mm 一定とした上で，103

円型動脈瘤の赤道直径を Da=7.12～14mm と変化させ

210瘤モデルに設置する多孔薄膜モデルは, 微細孔直径 d~[μm]と開口率A[%]を変化させ，化学エッチングによっ101

Tpv/IA s-2て，瘤直径が塞栓性能におよぼす影響を調べた．動脈

Pressure drop induced flow
Coexistence flow
Viscous shear induced flowて正方格子状に円型貫通孔を加工したステンレス薄板

100(厚さ 30μm)を使った.なお，その他実験条件や方法は

10-1

過去 1)と同じであるため説明は割愛する．
３．実験結果および考察

10-2

これまでの研究で， side-wall 型の動脈瘤について，親血管の流れの壁面せん断応力w が，動脈10-3 -2
10

瘤ネック部や多孔薄膜開口部を介して，動脈瘤内の血液が駆動されたことから，これまでに著者らは角運動量保存則に基づきこの粘性による駆動トルク TPV と瘤内血液の慣性モーメント IA の比~TPV64 N A
d2


w
IA
Da2
 d 2 WD a 1  AR  BF 3が，多孔薄膜留置後の動脈瘤内の流れにとって重要なパラメータであることを示唆した 1)．（W：親血管モデル奥行き，AR:アスペクト比，BF:ボトル

Da
7.12 mm
8.0
10.0
14.0

10-1

100
 s-1
.

101

102

Fig. 1 Relationship between viscous shear force caused byshear flow at the parent vessel wall as the driving force of theaneurysm cavity flow and factor of embolization.
文 献1) 田地川 他：脳動脈瘤治療用多孔薄膜カバードステ
ントの開発，機論，印刷中．
2) 貝原 他：“静脈血栓症発現機構に関する実験シミュレーション研究”, 理研シンポジウム 生体力学シ
ミュレーション研究 プロジェクト第一期成果報告
会 予稿集, (2004), pp. 70-80.

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(98)

大きさの異なる液滴のマージネーションのシミュレーション
牧野真人＊，関眞佐子＊＊＊ 山形大学大学院理工学研究科 [〒992-8510 山形県米沢市城南 4-3-16]＊＊
関西大学システム理工学部
１．緒言ャピラリ―数は、変形し易さを表し、小さい液滴

血液の有形成分は、主に赤血球、白血球、血小に対して Ca1  a1V  1 Ly =1/64 で、大きい液滴板から構成されている。流路内に血液を流すと、に対して、(a),(b),(c)それぞれで Ca 0  a 0V  0 Ly =中央に赤血球、壁近傍に白血球、血小板が近寄る

1/16,1/64,1/160 である。大きい液滴が最も変形し易ことが知られており、これはマージネーションとい(a)では、大きい液滴が内側に寄り、小さい液滴呼ばれる。血小板は赤血球より小さく、白血球はが壁近傍に寄っている。(b),(c)と大きい液滴が変形

赤血球より大きいが、固いことが起因しているとしにくくなるにつれ、大きい液滴が壁に寄ってい考えられている。本研究では、マージネーション

く様子が分かる。Fig.2 は流路中心に対する液滴ののメカニズムを調べるために、大きさや表面張力

平均位置の時間発展を示す。大きい液滴に対するが異なる 2 種類の液滴が混じっている液滴分散系

Fig.2(a)のグラフより、キャピラリー数が大きいとの流れの 2 次元数値シミュレーションを行う。

流路の内側に寄り、キャピラリー数が小さいと壁２．シミュレーション方法に寄っていくのが分かる。(b)は小さい液滴に対す

ニュートン流体（密度 ρ、粘度 η）に液滴が浮遊するグラフで、キャピラリー数への依存性が大きいる系を考える。流体の速度 v および圧力 p はナビエ・

液滴の場合と逆である。特に、Ca0  Ca1  1 / 64 のストークス方程式場合は(a),(b)ともほぼ同じ位置に漸近することか





 v

t
 v  v   p     v  v   f

t





ら、キャピラリー数が液滴のマージネーションを支配する因子になっている可能性がある。

および非圧縮条件

v  0で記述される。ここで、f は表面張力による力で、液滴の表面張力 σ、表面の法線ベクトル n および
曲率 κ を用いて、

f  n r で表す。ここで  r  はデルタ関数であり、液滴表
面上でのみ値を持つ。本研究では、格子ボルツマ
ン法により流体運動を計算し、流体の情報と液滴の表面の情報のやりとりは、フロントトラッキン
グ法による重み関数によって計算する。
３．シミュレーション結果

Fig.1 Snapshots of droplet dispersions in Couette
flow.Ca1=1/64 and Ca0= 1/16 (a), 1/64 (b), 1/160 (c).

距離 Ly だけ離れた二平行平板間の流れに、大き
い液滴と小さい液滴が分散した液滴分散系を考える。ここでは上下の板がそれぞれ一定の速さ  V
で動くクェット流れに対して、無次元時間t(2V/Ly)=125 におけるスナップショットの例を Fig.
1 に示す。ただし、静止状態における液滴の半径

Fig.2 Mean lateral positions of large (a) and small (b)droplets from the channel center as function of time.
４．結言

比は a1/a0=1/2 で、液滴内外の粘度は等しく、それクエット流において、変形のしやすさがマージネー

ぞれの液滴の面積分率はともに 0.30 である。

ションを左右していることが分かった。血流ではポワ

Fig.1(a)(b)(c)は、小さい液滴の表面張力係数  1 は等しいが、大きい液滴の表面張力係数  0 が順次大ズイユ流のようにずり速度の空間の変化があるため、今後は、ポワズイユ流における検討も行いたい。

きくなっている。粘性力と表面張力の比であるキ- 70 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(99)

円管内流れ中の粒子の分布
名村和平，三浦和真，板野智昭，関眞佐子
関西大学システム理工学部物理・応用物理学科
１．緒言[〒564-8680 大阪府吹田市山手町３−３−３５]
Silberberg 効果)に漸近し，逆に Re が増加すると管壁

流路内の流れに様々な種類の粒子が浮遊していに近づくことが分かる．この傾向は，Fig. 2 に示したるとき，各粒子が主流に対して垂直方向に移動し先行研究の結果 1-3)とも一致している．また，先行研究て，粒子の大きさ，形状，物性等に依存して流路の結果 1)と異なり PeakI が存在し,その位置は Re の増加

断面内のそれぞれ特定の位置に集まる現象についとともに管中心に近寄っていくことが新たに示された．

て最近多くの研究がなされ，血球の分離などに利粒子分布の2つの山に含まれる粒子数の割合を調べ用されている．円管内ポワズイユ流れに浮遊する

ると， “外側の山”に含まれる粒子の割合はReの増加と球形粒子に対しては，レイノルズ数が小さい場合，共に減少し，一方“内側の山”に含まれる粒子の割合は

円管中心軸から約 0.6R (R は円管半径)の動径位置増加することが示された．

に集まる現象，いわゆる Segre-Silberberg 効果が古くから知られている 1)．本研究は，この現象をレ

４．結言

イノルズ数が大きい場合にまで拡張して調べるこ

円管内の球形粒子の分布について，従来から知とを目的とし，レイノルズ数や粒子径を変化させられているSegre-Silberberg効果(“外側の山”)は，Reた場合に，粒子が最も集まる動径位置およびそこの増加に伴って管壁に近づき，その粒子数の割合に集まる粒子の割合を調べたので報告する．

は減少する.“内側の山”が存在し，Reの増加に伴って管中心に近づき,その粒子数の割合は増大する．

２．実験方法
浮遊粒子と比重を合わせたグリセリン水溶液を，水位差によって円管（直径 D = 7.78mm，長さ 2m）
内に流す．ポリスチレン粒子(直径 d=500～1000μm，
比重 1.05)を上流から管内に流し入れ，管入口から1.95m の断面に照射したレーザーシートを光源と

文 献
1) Segre, G., Silberberg, A.:J. Fluid Mech. 14,
136-157, 1962.
2) Matas J-P. et al.: J. Fluid Mech. 515,
171-195 ,2004.
3) Shao, X. et al.: Phys. Fluids 20, 103307, 2008.
PeakO

(a)

(b)

して下流からデジタルカメラにより 300fps で撮影

PeakIする．撮影した画像を画像処理ソフト ImageJ により解析し，各粒子の管断面内における座標を求める．レイノルズ数を Re=ρUD/η（ただし，ρ：溶液の密度，η：粘度，U：平均流速）と定義し，Re=100～1000 の範囲で実験を行った．
３．結果と考察実 験 結 果 の 一 例 と し て ， d=650μm (D/d=12),

Fig. 1 (a) Particel distribution over a circular crosssection and (b) the corresponding histgram showing theprobalibity, for Re=561 and D/d=12.

Re=561 の場合に得られた，管断面内における粒子
PeakO

分布を Fig. 1(a)に示す．この図の各点が粒子の中心位置である．Fig. 1(a)の結果を粒子の動径方向分布として Fig. 1(b)にまとめた．この図に示すように粒子分布は一般に 2 つの山をもつことが分かった．
動径位置によりそれぞれ“内側の山”，“外側の山”と呼PeakIぶことにし，最大値をとる動径位置を円管の半径R(=D/2)で規格化して，PeakI，
PeakO と表す(Fig.1(b))．
Fi.g 2 は，D/d=7.8, 12, 15 に対する PeakI と PeakO をレイノルズ数 Re の関数として描いたものである．
PeakO は Re が減少して 0 に近づくと 0.6R (Segre-

Fig. 2 Equilibrium radial positions of sphericalparticles suspended in the Poiseuille flow (Closed
symbols: PeakO, open symbols: PeakI).

- 71 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(100)

マイクロチャンネル法によるヒト赤血球変形能の定量評価（形状回復時定数に対する糖尿病指標の影響）
能田

卓弥＊、久保田 麻紀＊、田地川

勉＊＊、池本

敏行＊＊＊、田窪 孝行＊＊＊＊＊

関西大学大学院, 大阪府吹田市山手町 3-3-35
関西大学システム理工学部, 大阪府吹田市山手町 3-3-35＊＊＊
大阪医科大学付属病院 中央検査部, 大阪府高槻市大学町 2-7＊＊＊＊
大阪医科大学 臨床検査医学, 大阪府高槻市大学町 2-7＊＊

１．緒言
糖尿病は長期にわたると,赤血球の糖化によって赤血球変形能が低下すると報告されている1)が,そのメカニズムには不明な点が多く，またこれを評価する方法の確立が望まれている.そこで本研
究では,糖尿病指標である血糖値とHbA1cの異なる症例の赤血球について形状回復時定数を測定し，糖尿病が赤血球変形能に及ぼす影響を調べた．
２．血球サンプル

4．実験結果4.1 時定数の算出
片対数グラフ上のひずみ緩和曲線に対して描いた近似直線の傾きから時定数を算出した2)．
4.2 時定数の算出
血糖値およびHbA1cと時定数の幾何平均値の関係を図1に示す．プロットは幾何平均値，エラーバ
ーは式(2)で定義した標準偏差相当値である．

    exp( ln)  

健常者 9 例，血糖値および HbA1c が高値の 11
例から採血した.赤血球を PBS で Hct=1%に希釈して血液サンプルとして用いた．なお， 本研究は関西大学先端技術機構の研究倫理委員会および大阪医科大学の倫理委員会の承認を得て実施した．各指標の基準範囲は，血糖値が 60～90 mg/dl，HbA1c
が 4.6%～6.2%である．なお，これら基準範囲は大阪医科大学付属病院中央検査部の規定に準ずる．
3．実験装置・方法
マイクロチャンネル(MC)をガラスに接着させ，漏れのない流路を形成した．血球サンプルをMCに通過させ，通過後の形状回復過程を撮影した．
赤血球幅dyを，MCから赤血球が出た直後をt=0 msとし，2 ms間隔t=300 ms(dy=dy∞)まで測定した2)．
MC通過後の赤血球の形状回復過程を粘弾性力学モデルであるKelvinモデル3)でモデル化した．赤
血球の圧縮ひずみは式(1)に示す時定数を緩和時間として指数関数的に減少する．

1 1
 
 k1 k2    2 

Fig. 1(1)(2)

なおlnは自然対数をとった時定数標準偏差である．
これらより, 時定数の平均値は血糖値およびHbA1cの増加に伴い短縮する傾向がみられた．
健常者9例の時定数の幾何平均値は49 ms，糖尿病患者11例の幾何平均値は39 msとなり, 検定の結果，幾何平均値の間にはp<0.05で有意差が認め
られた．
5．まとめ
糖尿病指標が赤血球変形能に及ぼす影響を調べるため，MCを用いて赤血球の時定数を測定した結果,糖尿病指標の増加に伴い形状回復時定数は短縮した．健常者と糖尿病患者の幾何平均値には，有意差が認められた.以上の結果から，本指標によって変形能の低下を検出できる可能性がある．
6.参考文献(1) 丹家:日老医誌, 17(5), pp. 542-546, (1980).
(2) Tajikawa T.,et.al.: J Biorheol., DOI: 10.1007/
s12573-012-52-9, Aug 4 2012.
(3) Fung YC.: Biomechanics -Mechanical Propertie
s of Living Tissue-, Springer-Verlag, (1993).

Influences of HbA1c and blood glucose level on time constant of shape recovery.

- 72 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(101)

マイクロチャネル内流れ中の血小板模擬粒子の運動○田中慎之介，関淳二，板野智昭，関眞佐子
関西大学大学院

物理・応用物理学分野［〒564-8680 大阪府吹田市山手町 3-3-35］

１．はじめに

３．実験結果と考察

血液は，赤血球を高濃度で含むサスペンション

Fig. 4 に，流路底面から 8 m の断面における，であり，有形成分として他に血小板と白血球を含A(x=0)，C(x=10mm)，E(x=20mm)の粒子分布を示す．

んでいる．生体の血管内血液流れにおいて，赤血

ただし，縦軸は規格化した粒子密度を示し、Fig.

球は血管中心軸に近寄る傾向があるのに対し，血4(a)は赤血球体積分率(Hct)が 20％の場合，(b)が小板は血管壁付近で密度が高い(Near Wall Excess;

44％の場合である．流量は 1.0μL/min である。

NWE)ことが知られている．血小板は損傷を受けた (a)血管壁を修復する役割を担っているので，血小板Site C

Site A

Site Eの NWE はその役割を果たすのに極めて有効である．本研究は，血小板の NWE のメカニズムを明yらかにするために，模擬血小板として蛍光粒子を (b)混入させた赤血球サスペンションを人工流路に流Site C

Site Ayy
Site E

し，流路入り口からの各流路断面における蛍光粒
子分布を調べたので報告する．

y２．実験方法
模擬血液として，デキストラン 40（5w％）と牛

yyFig. 4 Variations of particle density distributions fromupstream to downstream (a) Hct=20%, (b) Hct=44%.

血清アルブミン（1w％）をリン酸緩衝生理食塩水

Fig. 4(a), (b)より，計測位置 A では，Hct=20%のへ添加したものに，ヒト赤血球と蛍光粒子（直径場合も 44%の場合も，血小板模擬粒子は流路幅方3m）を分散させ，PDMS 製のマイクロチャネル

向にほぼ一様に分布していることが分かる．いず（50m の正方形断面）に流した．共焦点顕微鏡

れの場合も，C, E と下流に進むにつれ，粒子は壁－高速度カメラシステム(Fig. 1)により得られた蛍面近傍に多く分布するようになるが，(b)の Hct =光画像を画像処理ソフト ImageJ により解析して，44％の方がその傾向が顕著にあらわれた．下流に蛍光粒子の位置を求めた．具体的には，流路幅のおける流路壁近傍の粒子密度は，Hct=44%の場合

方向(y 方向)を 2μm 幅に分割し，各画像でそれぞれの値は 20％の場合の 2 倍程度となっている．
また，の区間に含まれる粒子数を積算することで蛍光粒いずれの場合も C と E での分布がほぼ等しいので，子の個数分布を得た(Fig. 2)．流路入口の中央を原入口から 10mm 程度の距離で最終分布に近づいて点として流れ方向に x 軸をとり，5mm 間隔で設定いることが分かる．ただし，Hct= 44％の場合には，した A～E の 5 点で計測を行った(Fig. 3)．

計測位置 B(x=5mm)の分布も C の分布にかなり近いことから，Hct が高い方が最終分布に達する距
離が短いことも示された．これらの結果から，血小板模擬粒子の分布は，赤血球の影響を強く受けていることが分かる．

Fig. 1 Experimental setup.

Fig. 2 Example of images.

共焦点システム

8m

４．まとめ
赤血球サスペンション流れにおける蛍光粒子の流路内分布の計測から次の結果が得られた．

Fig. 3 Sites of themeasurement :A, B, C, D and E.

① 粒子は，下流に進むにつれて壁面近傍に多く分布した．
② Hct が高い方が，壁面近傍に分布する割合が大きく，短い距離で最終分布に近づいた．

- 73 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(102)

赤血球集合に与える赤血球表面糖鎖の影響
外山

吉治，須田

群馬大学理工学研究院

巧，窪田

健二

[〒376-8515 群馬県桐生市天神町 1-5-1]

緒言
200中で連銭と呼ばれる集合体を形成する．連銭の形

100

成メカニズムについては，赤血球間をフィブリノ

0子が赤血球表面から排除されることによって生じ

150
100

C

B

-200

る浸透圧勾配による「枯渇集合」の２説があり，現在でも解決されていない．一方，同じ哺乳類で-400もウシ赤血球は血漿中で連銭を形成しない．しか

-500

50
0
-50

200

し，ウシ赤血球にトリプシン処理を施すと連銭が

200

100

形成されることが報告されている １）． この原因

(b)

A

150

f / Hz

0-200

ノイラミニダーゼ処理によってシアル酸を除去し-300ても連銭を形成しないことが同報告に示されてい

-400

る．

-500

50
0

0

これまでに我々は，トリプシン処理したウシ赤

100

C

B

-100

R / Ω負電荷による静電反発力の影響が考えられるが，

A

-100

-300

の一つとして，赤血球表面に存在するシアル酸の

200

(a)
R / Ωゲンなどの高分子が架橋する「架橋集合」と高分

f / Hz

ヒトやウマなど多くの哺乳類の赤血球は，血漿

20

40

60

80

100

-50
120

t / min

血球とフィブリノゲンとの相互作用を水晶振動子
マイクロバランス（QCM）法によって測定した（図１）．その結果，トリプシン処理によりわずかにフィブリノゲンとの相互作用の増大が見られたが，連銭形成の有無を左右するほどの差であるかどうかは不明である．本研究では，赤血球表面の糖鎖末端のシアル酸の負電荷だけでなく，糖鎖全体の立体障害に着目し，グリコシダーゼを用いて糖鎖

図１トリプシン処理を施したウシ赤血球とフィブリノゲンとの QCM 測定(a) トリプシン

未処理の赤血球，(b) トリプシン処理した赤血球， 矢印 A: 振動子表面へのフィブリノゲンの固定化，B: 非特異的に吸着したフィブリノ
ゲンを洗浄除去，C: 赤血球の添加そのものを切除して赤血球集合への影響を調べた．
実験および結果
試料は，ウシ赤血球（日本バイオテスト研究所），

これまでのところ，糖鎖切除による赤血球集合

フィブリノゲン（From Bovine, Sigma），N－グリ

および沈降曲線に有意な差は認められなかった．

コシダーゼ（PNGaseF, Biolabs），O-グリコシダー

今後，再現性を確かめるとともに，酵素濃度を変ゼ（O-Glycosidase, Biolabs），PBS（139.6 mM NaCl,

えた実験や QCM を用いた赤血球表面－フィブリ

2.7 mM KCl, 8.1 mM Na2HPO4, 1.5 mM KH2PO4, pH

ノゲン相互作用の測定を行う予定である。

7.4 ）を用いた．ウシ赤血球の PBS 懸濁液に N－
グリコシダーゼ（160U/ml）および O-グリコシダーゼ（16,000 U/ml）を加え 37 ℃で 24 時間インキュベートすることにより，膜たんぱく質に結合し謝

本研究の一部は文部科学省科学研究費助成事業(No23550237，24550245)の助成により行われた．

ている N－および O－結合糖鎖を切除した．酵素処
理した赤血球を 3mg/ml のフィブリノゲンを含む PBSに Ht 1%で懸濁させ，連銭形成の有無を顕微鏡によって観察した．さらに，Ht 25%の懸濁液を調製し，赤血

辞

文

献

1) Kaibara, M.: Rheological behaviors of bovine
blood forming artificial rouleaux. Biorhelogy, 20,583-592, 1983.

球沈降曲線の測定を行った．

- 74 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(103)

非接触レーザー血流計による生体顕微鏡下での実質臓器微小血管血流計測
林浩大＊，柴田政廣＊＊ 芝浦工業大学大学院

理工学研究科 [〒337-8570 埼玉県さいたま市見沼区深作 307]

１．はじめに

３．結果

臨床における血流モニターとしてレーザー血流モデル実験では，縦軸をレーザー血流計出力信号（血計が用いられている．本装置は経皮的にレーザー流速度），横軸を既知流量とし，これらの相関性を検光を照射し，赤血球の流れによる反射光のスペッ

討した．その際，各最大値を 100%として，相対値でクル変化から血流変化を非侵襲的に連続計測する．

示した．結果，これらは良好な直線関係を有し，発光

一方，微小血管血流の直接観察法として，生体顕部の照射角，距離，対象血液のヘマトクリット値の違微鏡法があるが，血流観察と同時に実時間で血流いによる測定精度への影響には有意な差は認められな量を求めることは困難である．そこで，本研究はかった．

生体顕微鏡にレーザー血流計を組み込むことによ

動物実験の結果を Fig.1 と Fig.2 に示す．Figure 1

り，微小循環動態を直視下にし，任意の微小血管はラット挙睾筋内の単一細動脈（直径約 88μm）を

血流を実時間計測可能な in vivo 微小血管血流モニ対象にした測定結果である．実験は顕微鏡倍率

ターの開発を行った．

x500 で行った．測定開始 60 秒後，血管収縮剤投２．方法

与により血管径は約 43%収縮し，その時の血流低生体顕微鏡への組み込みと非接触での計測を可下を良好に検出した結果となった．Figure 2 はラッ能にするため，レーザー血流計のプローブの発光

トの腎微小血管を対象にした測定結果である．測部と受光部を分離した．発光部は対物レンズ脇に

定開始 60 秒後と 120 秒後，腎動静脈を結紮し，そ

設置し，測定対象血管へ直接レーザー光を照射しの加減によって血流に変化を付けた．結果，加減た．また，受光部は生体顕微鏡のカメラ鏡筒の結に合わせて血流低下を良好に検出した．

像面に設置し，対象血管からの反射光のスペック

４．まとめ

ル変化を，対物レンズを介して連続的に計測した．

モデル実験，動物実験より，本法の微小血管血

微小循環動態とレーザー照射部位は拡大倍率 x50

流の測定方法として有用性が確認された．今後は～x500 の 20 インチモニター上で確認できるため，

3 次元微小血管構築を有する実質臓器による適応

モニター上で任意の微小血管を選択し，血流測定性の検討，主に測定深度の検討を行う．

が可能である．
実験は，本法の測定精度の検討のためのモデル
実験と，生体（多種類の臓器の微小血管血流）への有用性を検討するための動物実験を行った．モデル実験では，既知流量とレーザー血流計出力信号（血流速度）の相関性を検討した．内径 1mm のガラス毛細管を用い，流量を 0.1～0.18ml/s の範囲で変化させ実験を行った．流量とレーザー血流計

Fig.1

Relative changes of microvascular blood flow
after application of vasoconstrictor

Fig.2

Relative changes of microvascular blood flow
under restricted flow conditions incomplete andcomplete ligation

出力信号（血流速度）の相関関係を検討するのと同時に，レーザー発光部の照射角（60°，45°，30°），測定部までの距離（150mm，100mm），
対象血液のヘマトクリット値（30%，20%，10%）を変え，これらによる測定精度の検討も行った．
動物実験では，ラット挙睾筋内細動脈と腎微小血管を対象にした．本装置を用いて血流速度を計測
し，途中，血流を制御することで，血流変化に対するレーザー血流計出力信号（血流速度）の変化
を連続的に記録した．

- 75 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(104)

マクロおよびマイクロ血液循環解析手法による
ポアズイユの法則の実験的検証
横川和弘＊，柴田政廣＊＊ 芝浦工業大学大学院

理工学研究科 [〒337-0003 さいたま市見沼区大字深作 307]

１．緒言
流体力学の主要な法則としてポアズイユの法則がある．この法則は円柱管内を流れる流量，圧，抵抗の関係を表したもので，流量(抵抗)は圧に比例し，比例定数である抵抗は管径の 4 乗に反比例するというものである．本研究では細動脈血管径と動脈血圧測定を同時計測することにより非ニュートン流体である血液が流れる in vivo 血液循環における本法則の妥当性の検証を試みた．
２．実験方法
Fig.1 Change in blood pressure and arteriolar

実験には，麻酔下ラット(♂，6 – 20 wks，180 –diameter before and after NO inhibition

540gb.w.)11 匹を用いた．血圧計測は頸動脈挿管
カテーテルにより，また細動脈微小循環の観察は生体顕微鏡法により cremaster 筋を対象に同時に行 っ た ． 血 管 径 の 変 化 は NOS 産 生 阻 害 剤
L-NAME を全身投与することにより行い，その投与前後の細動脈血管径と血圧を測定し，: 阻害前血圧: 阻害前血管径
CO：心拍出量(constant): 阻害後血圧: 阻害後血管径4．結言)およびマクロレベ

生体顕微鏡法と頸動脈挿管カテーテルによる直接血)での血管抵抗変化率を求め，それらを圧測定法を用いた同時計測システムを開発し,NOS 産

によりマイクロレベル(
ル(

Fig.2 Relationship between the micro andmacro vascular resistance比較した．

生阻害剤の全身投与時における血圧変化(マクロ)と細３．実験結果動脈血管径(マイクロ)から求めた血管抵抗変化率を比

図 1 に通常時と NOS 産生阻害時の血圧変化(平較した．その結果，両者には良好な相関が見られ

常時：91±8 mmHg，阻害時：114 ± 9 mmHg)と円柱管を対象としたポアズイユの法則が in vivo

同時に計測した細動脈径の変化を示す．NOS 産生

微小血管にも通用することが実証することができ阻害時には細動脈が収縮し血圧が上昇しているこ

た．一方で，今回の研究では NOS 産生阻害剤投与前とがわかる．本結果を基に(1)(2)式を用い

後で心拍出量は変化しないとの仮定の基で検証を行っおよびを求めた．このとき心拍出量は阻害剤

た．NO を介した血管調節は主に末梢血管により行わ投与前後で一定であると仮定した．図 2 にその結果をれると考えられるが，今後心拍出量の実測を行う予定

示す．両者間には良好な直線関係が得られ，ポアである．

ズイユの法則が in vivo 微小血管系において成り立つことが明らかになった．

- 76 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(105)

骨格筋微小循環における酸素ダイナミクス
柴田 政廣，濱島 早紀，川村 彩智
芝浦工業大学生命科学科[〒337-8570 さいたま市見沼区深作３０７]

Krogh の研究以来、生命活動を維持する上で最常時の方が高値を示し（図２）、血管平滑筋の仕も重要な物質である酸素は、拡散により毛細血管

事量に依存すると考えられる。また得られた値は、から組織へ供給されると信じられている。よってこれまでの in vitro 実験系による報告値より遙か

生理的状態にある骨格筋組織の毛細血管分布は、に大きく、細動脈での酸素濃度勾配の形成に強く

酸素拡散に関する物理的特性により支配されるた

関与していることがわかる。さらに通常時の細動

め、体重 30g のマウスも 5000kg のゾウもほぼ同等

脈血管壁の酸素消費率は、骨格筋組織の酸素消費の幾何学的特徴を有している。しかし、最近の我々率に比べ 500 倍以上高く、安静時の全骨格筋が消の研究では、毛細血管の前に位置する細動脈にお費する酸素量と同等の酸素を、容積的にはごく僅いても既に血中酸素濃度は低下しており、かつ細かな（約 0.7%）細動脈血管壁が消費していること

動脈壁で大きな酸素濃度勾配が存在することが明になる。これは、安静時の骨格筋では、筋への流らかになってきた。これらの結果は、毛細血管の入血液量を制限するため細動脈自身が酸素を消費

みが唯一酸素供給の場ではなく、細動脈も組織へして仕事を行い、少ない全身血流量で他臓器の血の酸素供給源として機能している可能性を示唆す流を確保している一方、運動時には、細動脈平滑るものである。しかし、この細動脈での血中酸素筋が弛緩して仕事量（酸素消費）を減らすことに濃度の低下を、組織への酸素拡散のみで説明しよ

より、結果として酸素需要の高い骨格筋組織へ効うとすると、細動脈血管壁内での酸素拡散係数が率的な酸素供給を行うという極めて合目的な血流自由拡散係数よりも大きくなるという物理的矛盾調節機構の存在が示唆される。

が生じる。一方、細動脈は、収縮拡張を繰り返し組織への血流調節と全身の血圧調節のため常に仕事を行っている。特に運動時には安静時の 20 倍以上の血流増加を可能とする骨格筋細動脈の仕事量の多さは容易に想像できる。我々は、細動脈レベ
ルでの血中酸素濃度の低下に、組織への酸素供給に加え、この細動脈の仕事に費やす血管壁の酸素消費が強く影響しているのではないか考えている。
そこで血管壁での酸素消費を定量化するため、酸
素感受性色素のリン光寿命を顕微鏡下で光学的に測定するシステムを開発し、ラットの骨格筋細動
脈レベルでの酸素分圧を実測した。得られた血管

Fig.1 The intra- and peri-vascular PO2 of 1A,
2A and 3A arterioles under normal conditions
and during papaverine-induced vasodilation

内外での酸素分圧のデータを基に、細動脈血管壁での酸素消費率を理論的に求め、酸素濃度勾配形
成と細動脈血管壁での仕事量の関連を検討した。
図１に骨格筋細動脈での血中酸素分圧の測定結果を示す。測定は、同一筋組織の上流側に位置する直径
100m 程度の細動脈およびその下流に位置する細動脈（直径 80m，60m）を対象に、生理的状態と拡張剤
局所投与時で行った。細動脈での血中酸素分圧は、上流側でも既に動脈より低く、中流、下流と更に低下している。血管内外の酸素分圧勾配より求めた細動
脈血管壁での酸素消費率は、下流側より上流側で、さらには血管拡張時（血管平滑筋弛緩時）より通Fig.2 The oxygen consumption rates ofarteriolar walls under normal conditions andduring vasodilation- 77 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(106)

高イオン強度下でのフィブリン凝集に対する糖鎖切除効果
窪田

健二＊、外山 吉治＊、行木 信一＊、落合 正則＊＊

＊ 群馬大学理工学研究院[〒376-8515 群馬県桐生市天神町 1-5-1]＊＊
北海道大学低温科学研究所
１．緒言

また、ノイラミニダーゼ処理ではシアル酸は完全

フィブリノゲンは血液凝固カスケードの最終段に切除された。

階で働く重要な糖タンパクである。フィブリン凝

インタクトのフィブリノゲンの場合、0.225 M

集は、フィブリノゲンが酵素トロンビンにより生

NaCl の条件では、顕著な凝集の抑制が見られた。

成したフィブリンモノマーが軸方向に半分子長づ

PNGF 処理による DG-fibrinogenn の場合、図に示

つずれて凝集したプロトフィブリル(PF)の生成・すように生理的条件の場合と同様に顕著な凝集の成長過程とこの PF がラテラル方向に凝集しネッ促進がおこる。単にラグタイムが減少するだけでトワークを形成するラテラル凝集過程の 2 段階ではなく、0.15 M NaCl と同程度の速度でラテラル凝進行する。フィブリノゲンの β 鎖と γ 鎖には複合集が進行した。この特徴は、シアル酸のみを切除型の糖鎖がＮ結合しており、これが切除されるとしたもの、レプチラーゼを用いた場合でも同様の顕著なフィブリン凝集の促進が起こることが知らものであった。
time course of thrombin-catalyzed fibrin polymerization

れている。

2.0

一方、フィブリン凝集は塩濃度（NaCl 濃度）の

DG-Fbg / 0.225 M NaCl
int-Fbg / 0.225 M NaCl
DG-Fbg / 0.15 M NaCl
int-Fbg / 0.15 M NaCl

変化にも敏感に影響を受け、高い[NaCl]では顕著
1.5的に作用しているとされている。糖鎖の末端には電荷を持つシアル酸がついているので、糖鎖切除

OD350

な凝集の遅延がおこる。これには Cl-イオンが主導による凝集促進効果が糖鎖の静電相互作用が関係

1.0

0.5

するものであれば、高[NaCl]条件でその効果が減殺されると予想される。この点に着目し、糖鎖が0.0

フィブリン凝集で果たす役割を解明していくこと

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

time (s)を目的として、今回の研究を進めた。
２．実験方法

Fig. 1. Time course of thrombin-catalyzed fibrin

試料のフィブリノゲンはシグマから購入した

polymerization of DG-fibrinogen and intact one

Bovine Fibrinogen (type IV)である。TBS で透析処理
し、糖鎖の切除には N 結合糖鎖を根元から切断す

at NaCl concnetration of 0.15 and 0.225 M.
４．考察

る PNGF と糖鎖の非還元末端のシアル酸のみを切

糖鎖はラテラル凝集への移行を抑制するが、そ除するノイラミニダーゼを用いて糖鎖切除フィブの作用が静電的なものであれば、高[NaCl]では抑リノゲン（DG-fibrinogen, asialfibrinogen）を調製し制効果は弱くなるので、インタクトの場合でも凝た。試料溶液は、20 mM Tris/HCl、0.15 M ならび集の抑制は起こらないはずである。また、糖鎖切に 0.225 M の NaCl 濃度の溶液(1 mM の CaCl2 を含除による促進効果も弱くなる。結果はその逆であむ）にフィブリノゲン濃度が 1 mg/mL になるよう

り、糖鎖の作用は静電的なものではないことを示に調製し、トロンビンならびにレプチラーゼをフしている。末端シアル酸のみの切除でも同様の効ィブリノゲン 1 mg に対しそれぞれ 10 mU, 5ng に果が見られることを考えると、糖鎖の構造（シアなるように添加し、凝集反応を開始させた。フィル酸）に対するある程度特異的な相互作用によりブリン凝集過程は、波長 350 nm での濁度測定によラテラル凝集への移行の抑制（調節）がなされてり OD 値の経時変化を測定することで行った。

いることが示唆される。

３．実験結果謝PNGF 処理の場合、SDS-PAGE の結果からフィ辞

ブリノゲン β 鎖に結合している糖鎖は完全に、γ

本研究は科研費（24550245，23550237）の助成を受け鎖に結合しているものは 10％以下の切除であった。

て行われた。

- 78 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(107)

DYNAMIC SHEAR RESPONSES OF POLYMER-POLYMER INTERFACES
名嘉山 祥也, 梶原 稔尚
九州大学大学院工学研究院

化学工学部門 [〒819-0395

エマルションや非相溶ポリマーブレンドなどの

福岡市西区元岡 744 番地](a)

複合材料の物性は，成分の物性のみでなく，界面の性質に依存する．複合材料のモルフォロジーとレオロジーの関係の研究は多いが，比べて界面のレオロジーについての研究は限られている．ところで，表面，いわゆる気液界面あるいは気固界面の力学物性の研究は近年研究がさかんである．これは，AFM などの SPM を用いた評価技術の開拓や，
従来からある surface shear rheometry の方法によるところが大きい．これらの測定では，プロー
ブを直接表面にアクセスする必要がある．したがって高分子間界面などのように材料にプローブを(b)

侵入させることが難しい系には適用できない．高分子間界面の動的な物性を調べるには従来とは別の方法が必要である．
非相溶高分子同士が界面を形成すると， 自由エ
ネルギーで決まる平衡界面厚さに高分子鎖が相互拡散する．つまり高分子間界面は，薄いが有限の厚さをもつ．平衡界面内の高分子鎖はバルクと異なる状態にあり，また長い高分子鎖は界面領域と

Fig.

1:

Schematic

illustrationsof

バルク領域にまたがった状態を取りえる．このよdisplacement in a interface (a) for a positive

うな内部構造によって，界面層にはバルクと異なnon-stick length, hI  0 , (b) for a negativens

non-stick length, hI  0 .
ns

る緩和過程があるだろう．
本研究では，溶融高分子間界面の動的応答を測定する方法を提案する．この方法を用いて，
polypropylene, polystyrene と分子量分布および分子構造の異なる polyethylene の界面の動的応答を測定した．
有限厚さの界面のせん断変形を考えると，界面の応答は定性的に 2 通り考えられる．バルクよりも大変形する場合(スリップ) と(Fig.1(a))，バル
クよりも小さな変形をする場合である(Fig.1(b))．
このような積層系のレオロジーへの界面の寄与を特徴づけるために，界面の寄与を表す長さスケー
ルを用いて非粘着長さを導入した．高分子間メル
ト 界 面の 非粘 着 長さを Fig.2 に 示す ． 3 つのFig. 2: Non-stick length of interfaces.

polyethylenes の Mw は近いが，分子量分布と分文

岐構造が異なる．測定結果は，分子構造によって界面の応答が異なることを示唆している．すなわ
ち界面の動的応答は平衡物性では決まらない性質に強く依存している．

献1) Nakayama, Y., Kataoka, K. and Kajiwara, T.:
Dynamic shear responses of polymer-polymer
interfaces. Nihon Reoroji Gakkaishi, 40, 245-252,
2012.

- 79 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(108)

血管内皮細胞内 PKCの局在変化におよぼす
局所引張の影響
隅井干城＊，木村恭彰＊＊，島田知弥＊＊，土屋宏紀＊＊，工藤奨＊＊＊＊

九州大学大学院 工学府 機械工学専攻[〒819-0395 福岡県福岡市西区元岡 744]
芝浦工業大学大学院 理工学研究科 機械工学専攻 [〒135-8548 東京都江東区豊洲 3-7-5]＊＊＊
九州大学大学院 工学研究院 機械工学部門

＊＊

１．緒言

では引張負荷後 30 秒で蛍光輝度が 1.4 倍に上昇し，そ血管内皮細胞は血管内壁が創傷した際，創傷領域にの後変化がなかった．

集団で移動し創傷箇所を修復する事が知られている．
集団移動により傷を修復するためには細胞間及び細胞内へ情報を伝達し移動する機構が必要であり，Protein
Kinase C α(PKCα)が移動機構に関与していると考えられている 1)．
PKCα は通常細胞質内に存在するが，細胞が刺激を受けた際，活性化し細胞質から細胞膜へ局在を変化す
ることが報告されている．そのため，PKCαの局在変化を調べることは PKCα を介した情報伝達を調査する上で重要であると考えられる．しかしながら，PKCαFig. 1 Fluorescence intensity on the cellの局在変化と活性化は薬剤刺激による細胞で多く確認*P < 0.01 versus back side at the same time

されているが力学刺激による応答は確認されていな
い．

４．考察

したがって本研究では細胞に局所的な引張りを与え

図 1 より細胞に局所引張を負荷すると，負荷部た時の細胞内 PKCα の局在を測定し，力学刺激と PKC

分に PKCα が移動してくることが分かった．PKC

α局在変化の関連性を調査することを目的とした．

αの活性化は G タンパク質が DAG と結合すことで起こると報告されているので 2)，本結果は負荷

２．実験方法部位周辺でのみ G タンパク質と DAG が結合し蛍光タンパク質 AcGFP で標識された PKCα を細PKCαが移動してきたと考えられる．またビーズ

胞内に発現させるために遺伝子導入を行った．ウを中心に刺激方向と同じ側と逆側で PKCαの集中

シ血管内皮細胞をガラスベースディッシュ上に培度合いが異なった．これは PKCαの移動が引張方養した後，リポフェクション法により向によって異なる局在をとる性質があると考えら

PKCα-AcGFP 発現遺伝子を導入し，細胞内 PKCα

れる．

の可視化を可能とした．遺伝子導入した細胞に2
m ラテックスビーズを接着させ，光ピンセット

５．結言を用いてビーズを捕捉し移動させることで細胞に光ピンセットを使用した引張負荷方法によって単一局所引張を負荷した．ビーズの捕捉時間は 1 分間細胞の局所部分に刺激を負荷することが出来た．局所とした．実験データは Scheffe 法を用いて検定を

引張を負荷すると引張負荷部分にのみ PKCαが集中行った．

することが示唆された．

３．実験結果文

次に PKCα の局在変化を時系列で示したものを図 1に示す．刺激を加えたビーズ周辺の蛍光輝度が上昇した．またビーズを中心に引張方向と同側では，引張負荷後30 秒まで蛍光輝度が約2倍に上昇し，その後同じ数値で推移した．一方ビーズを中心に引張方向と逆側

献1) Sirosh, M.: Regulation of skin microvasculature
angiogenesis, cell migration, and permeability bya specific inhibition of PKC. Journal of
Investigative Dermatology., 126, 460-467, 2006.
2) Oscar, R.: Protein kinase C is a mediator of theadaptation of vascular endothelial cells to cyclicstrain in vitro. Surgery., 112, 459-466, 1992

- 80 -

日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(109)

せん断応力負荷時の血管内皮細胞内アクチン局在特性
荒井雅貴＊，寺田麻理枝＊＊，工藤奨＊＊＊
九州大学大学院 工学府 機械工学専攻 [〒819-0396 福岡県福岡市西区元岡 744 番地]
芝浦工業大学大学院 理工学部 機械工学専攻[〒135-8548 東京都江東区豊洲 3-7-5]＊＊＊
九州大学大学院 工学研究院 機械工学部門[〒819-0396 福岡県福岡市西区元岡 744 番地]
＊

＊＊

１．緒言

３．実験結果血管は酸素や栄養素の補給など生命活動を維持するために全身に張り巡らされており，血管の最３．１ せん断応力負荷時の局所でのアクチンの蛍光変化も内側には血管内皮細胞が存在し，血流によるせpDG1-Actin 導入細胞にせん断応力を負荷し，局ん断応力や血管収縮・拡張による引っ張り刺激を所でのアクチンの変化を観察した(Fig.1a)．Fig.1a

常に受けている．

の白丸部分に UV を照射後，時間経過に伴い照射

せん断応力負荷時の細胞の形態変化は，流れの位置の蛍光が減衰している様子が観察された．

下流部分において細胞が流れ方向に伸展し，上流３．２部分においては伸展が見られないことが報告され

蛍光減衰

(1)

ている ．これらの反応の違いには，細胞骨格でせん断応力負荷時の局所でのアクチンのせん断応力負荷時の UV 照射位置の蛍光輝度の)に達するまでの時間を τ（時あるアクチンが関与していると考えられているが，減衰が一定の値(

アクチンの部位による変化の違いは観察されてい定数）とし，せん断負荷時間ごとの τ の変化をグない．

ラフ化した (Fig.1b) ．上流部ではせん断応力負荷

そこで本研究では，せん断応力負荷時の内皮細時間に伴い，τ に増加傾向が見られるが，下流部で胞内アクチンの局所部位ごとの反応を調査するこは減少傾向が見られた．また，せん断負荷 30，40とを目的とし，UV 照射部位のみ蛍光可能な蛍光分後に下流部と上流部で有意な差が見られた．
a

タンパク質 Dronpa-Green1 をアクチンと融合する
ことにより局所観察を可能にした．

b

２．実験方法２．１ 遺伝子 pDG1-Actin の作製
せん断応力負荷時における内皮細胞内アクチンの局所的な特性を観察するために，アクチンと蛍光タンパク質 DG1 (Dronpa-Green, Amalgaam) の融合タンパク質を発現する遺伝子 pDG1-Actin を作
製し細胞内に導入することで可視化した．
２．２

細胞へのせん断負荷方法

細胞にせん断応力を負荷するために平行平板型のフローチャンバーを使用した．せん断応力負荷は 2 Pa とし，灌流液は HBS (Hepes Buffered Saline)を用いた．せん断応力負荷時間は 1 時間とした．
２．３ せん断応力負荷時の actin の動態
蛍光観察には倒立顕微鏡と 40x 油浸レンズを用いた．波長 488 nm の励起光をキセノンランプで照Fig 1．(a)アクチンの蛍光変化(スケールバーは 30
μm ). (b)せん断応力負荷時間における τ の変化
４．結言
pDG1-Actin 導入細胞により，せん断応力負荷時の局所でのアクチンの観察が可能になった．
またせん断応力負荷時，上流部と下流部では異なる変化を示し，このことは部位によるアクチンの重合・脱重合の速度が異なることが影響していることが示唆された．

射し 513 nm の pDG1-Actin の蛍光を観察した．

文

光転換のための波長 355 nm の UV 光を Nd：YAG
レーザで発振した．レーザーフォトリシスシステ
ムを用いることで励起光と UV 光を同時に細胞に照射することを可能にし，特定の部位の DG1-Actin

献1) Colin K. Choi and Brian P. Helmke，Short-Term
Shear Stress Induces Rapid Actin Dynamics in
Living Endothelial Cells：Mol Cell Biomech，January 1，5(4): 247–258，2008

のみを可視化できるようにした．

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(110)

チョウザメ由来アテロコラーゲンのゲル化に伴う粘弾性変化
関口拓磨＊，槇靖幸＊，近藤信吾＊，土橋敏明＊（群馬大院、工）元村まみ＊＊、市川寿＊＊（長崎大院、水産・環境科学）、小柳佳子＊＊＊、岸村栄毅＊＊＊、安部智貴＊＊＊、足立伸次＊＊＊、都木靖彰＊＊＊（北大院、水産）＊

群馬大学大学院工学研究科 [〒376-8515 桐生市天神 1-5-1]
長崎大学大学院水産・環境科学総合研究科 [〒852-8521 長崎市文教町 1-14]＊＊＊
北海道大学大学院水産科学研究院 [〒041-8611 北海道函館市港町 3-1-1]

＊＊

１．緒言

数依存性を Fig.2 に示す。大きなヒステレシス

魚由来コラーゲンやゼラチンは家畜由来のもが見られるとともに、ゲルの融点付近で G’とのの代替品として食品などへの利用が注目されG”の値が逆転し、周波数依存性は G’～G”～ているが、ゲル強度が小さいことが可能な応用

ωn で表され、Winter-Chambon の式で表されるの範囲を狭めてきた。本研究では、酵素による

通常のゲル融解挙動を示した。すなわち、定性抽出によりゲル強度の低下を抑えたチョウザメ

的挙動は家畜由来ゼラチンと同様であった。ゲ皮由来アテロコラーゲンの水溶液について粘弾

ルの融点と弾性率の値はともに家畜由来ゼラチ性測定を行い、ゲル化に伴う変化を調べるととンよりやや小さい値だが、高齢者向け食品のともに、その応用の可能性について検討した。

ろみ剤などへの利用が可能であると考えられる。

２．実験方法べスカル・チョウザメの体側表皮を 1%NaCl、
0.2 M NaOH、0.2 M HCl、蒸留水、99.5％エタノールに順次浸漬させ、夾雑物を除去した。次に、100 倍量 0.1 M HCl 中に懸濁し、5℃でカツオ胃ペプシンを加え分解抽出を行った。その後、1 M
NaCl で透析し、遠心後、透析脱塩し、凍結乾燥させた。さらに、試料に含まれる色素を 5％過Fig.1 Storage modulus of 2 wt% atelocollagen aqueous
solution during cooling and heating processes.

酸化水素水処理によって除去し、試料とした。
アテロコラーゲン濃度は 1-3 wt%とした。動的粘弾性測定は二重円筒式外筒回転型レオメータ
Elquest 社製(rheologia-A300)により行い、測定条件は、周波数 0.1-2 Hz、ひずみは 0.02 である。温度範囲は 5℃－ 35℃とした。
３．結果と考察
貯蔵弾性率 G’と損失弾性率 G’’とも濃度の増加とともに増加した。また、ゲル状態では周波数依存性が顕著に見られた。昇温過程と降Fig.2 Storage modulus and loss modulus of 3 wt %温過程における 2wt%アテロコラーゲン水溶液の貯蔵弾性率の変化を Fig.1 に示す。また、昇温過程における貯蔵弾性率と損失弾性率の周波

atelocollagen aqueous solution as a function of angularfrequency at 4.9 oC (gel state), 13.1 oC (critical state) and18.1 oC (sol state).

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(111)

豆乳・米粉混合ゲルの酸凝固
吉村美紀＊，江口智美＊，東羅あかね＊＊，中川究也＊＊＊＊
兵庫県立大学環境人間学研究科 [〒670-0092 兵庫県姫路市新在家本町 1-1-12]＊＊

兵庫県立大学環境人間学部

１．緒言

＊＊＊

兵庫県立大学工学研究科(３)動的粘弾性測定：レオメーター（HAKKE

タンパク質と澱粉は食品中に多く含まれる高分

RS600：英弘精機㈱製），直径 35mm の平板プラ子成分であり食品ハイドロコロイドとしての役割

ンジャーを用いた．調製①の貯蔵剛性率 G′及びを担っている．本研究では，タンパク質の酸凝固

損失剛性率 G″の周波数依存性を 25℃で測定した．

に及ぼす澱粉の相互作用について，豆乳と米粉の調製②料の時間依存性を 60 分間測定した。

混合系を用いて，豆乳と米粉濃度の影響について

３．実験結果検討を行った．また，油脂添加の影響を検討した．

(１)試料の加熱前後観察

２．実験方法調製①の酢酸 0%の試料では，加熱前は著しい分(１)試料：豆乳（国産大豆サチユタカ豆乳：㈱あ離が認められた．試料の米粉量が多く豆乳濃度がんじんさん製，姫路市）を豆乳濃度計（SM-20E：

高いほど，ゲル化の傾向が見られたが，豆乳濃度㈱アタゴ製）により濃度 5，7，9，10.5，11%としに対する酢酸量が少ない場合はゲル化が進まなかた（以下 so5，so7，so9，so10.5，so11 と示す）．

った．焼成後は，全試料において，試料の米粉量

米粉（上新粉：前原製粉㈱製），油脂（パーム油：が多く豆乳濃度が高いほど，膨らみが増し広がり

イエナ商事㈱製，マレーシア産），酢酸（特級：程度の減少傾向が見られた．

和光純薬工業㈱製）を以下の比率で調製した．

(３)動的粘弾性測定：調製①試料の周波数依存性で

試料調製①：so5，so7，so9，so10.5 各 100mL×3は，酢酸濃度 0%では液体挙動を示し，酢酸濃度にそれぞれ米粉 0g，5g，10g を加え混ぜた後，油0.05～0.2%では酢酸量の増加に伴い G′及び G″

脂 50mL を加え 1 分間ホモジナイズ（13500rpm）の値は大きくなり， G′＞G″となった．

（T25 デジタル ULTRA-TURRAX：IKA ジャパン

調製②の so7，so9，so11 において， po50 の G′㈱製）した．その試料 20g×5 をそれぞれ攪拌しな

及び G″の時間依存性では，初めゆるやかに上昇

がら酢酸 0%，0.05%，0.1%，0.15%，0.2%滴下し，し，ある点で急上昇し，またゆるやかに上昇し 60

5℃で 48 時間密閉保存し 60 試料を調製した．動的

分後では， po0＜po50 となった．

粘弾性周波数依存性試料とした．

４．考察

試料調製②：so7，so9，so11 各 100mL×2 にそれ

豆乳・米粉混合は，酢酸無添加では液体を示し，ぞれ米粉 5g を加え混ぜた後，油脂 0mL，50mL（以酢酸量の増加に伴い強いゲルを形成するが，米粉

下 po0，po50 と示す）を加え 1 分間ホモジナイズと豆乳濃度に応じて最も強いゲルになる酢酸量はした．その試料 20g×2 をそれぞれに酢酸 0.05%，

異なることが推察された．また，油脂添加では，0.2%滴下し，ガラス棒で 10 回撹拌し 12 試料を調初期では油脂がゲル化を抑制するが，ある点から製した．動的粘弾性時間依存性試料とした．

ゲル化を促進し，その後はゆるやかに進行するこ(２) 試料の加熱前後観察：25℃の試料を円柱型のとが推察された．

ガラスリング（直径 30mm，高さ 10mm）で成型し，５．結言

オーブン（高速ガスオーブン RSK-20A：リンナイ

豆乳・米粉混合は，米粉と豆乳濃度に適した酸添加㈱製）により試料を 200℃で 5 分間焼成し，焼成

でゲルが強くなり，また油脂添加はゲル化速度に影響

前後の試料の高さと広がり程度を観察した．

を及ぼす．

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(112)

うどん麺のテクスチャーに及ぼす投入温度とタピオカ澱粉配合の影響
江口智美＊，山本美晴＊＊，吉村美紀＊＊

兵庫県立大学大学院

環境人間学研究科 [〒670-0092 兵庫県姫路市新在家本町 1 丁目 1-12]＊＊
兵庫県立大学 環境人間学部
φ=3.0mm（No.4），1.0mm/s，最大貫入歪 0.95），

１．緒言
エステル化タピオカ澱粉を配合したうどんは，
滑らかでやわらかな弾力に富んだ食感が好まれる

官能評価（n=30，22.0±2.3 歳）を行った．
３．実験結果が，吸熱量が大きく湯のびしやすい．この吸熱量

80℃投入では，100℃投入と比較し，加熱時間が大きい特性は省エネ調理に有効ではないかと考の短縮に伴い，18%の消費電力量が削減された．

え，先行研究 1)では，消火後の余熱を利用したむ

乾麺の走査型電子顕微鏡観察では，WF は，20らし調理を導入してうどんを調製した場合，糊化～35µm 程度の澱粉粒子の間を，2～10µm 程度のの進行や嗜好性に悪影響がないことを確認した．

粒子が隙間なく埋めていた．ETS は，20µm～

本研究では，沸点到達前からのゆで調理の有効性

30µm 程度の粒子の間に，2～10µm 程度の粒子がについて検討を試みた．一般に，乾麺をゆでる温見られたが，WF よりも 2～5µm 程度の粒子が少度は高い方がよく，「沸騰した」湯を用いてゆでなく，隙間が広かった．

るとされる．「沸騰」の用語から認識する沸騰状

こしの評価指標である貫入エネルギーは，WF，態は受け手により異なる 2)が，麺投入時の調理水

ETS ともに，80℃投入と 100℃投入の間に有意差

温が麺の物性や嗜好性に与える影響についての報はなかった．官能評価による滑らかさ（識別，嗜告はほとんど見当たらない．近年は内部温度の上好）は，WF，ETS ともに，80℃投入と 100℃投昇が早い細麺が生産比率の 75%程度を占めており，

入の間に有意差はなかった．こし（嗜好）は，

沸点到達前の投入による調理でも嗜好性を維持でWF,ETS ともに，80℃投入の方が 100℃投入よりきる可能性があると考えた．また，麺のゆで調理も有意に好まれた。硬さ（嗜好），総合的な好までは，鍋中の対流の状態がおいしさに影響するとしさは，WF では，80℃投入と 100℃投入の間にされており，具体的にどのような状態が良いのか

有意差はなかったが，ETS では，80℃投入の方がは明らかではないが，沸点到達前の投入はむらし

100℃投入よりも有意に好まれた．

調理よりも対流のある状態で加熱できると考えた．

４．考察
ETS では，大粒子群と小粒子群から成る小麦澱

２．実験方法
乾麺の糊化温度 56～71℃1)を考慮しながら，沸粉の割合が減少し，タピオカ澱粉の中粒子が増加

点到達前の投入温度を予備検討し，80℃とした．

するため，澱粉粒子間の隙間が広くなり，吸水膨

80℃はプツプツと少し沸いてきた状態 2)であり，潤や糊化が進みやすい構造を示したと考えられる．

沸騰前に音がし出す段階として判断できる．糊化

WF，ETS ともに，80℃投入と 100℃投入でこ

開始温度より低い温度（50℃）での投入は，食用

しや滑らかさに違いはなかったが，糊化が進みやに適さなかった．最終的には対流がおき，糊化温

すい ETS では，80℃投入の方が 100℃投入よりも度にも達するが，投入後の糊化が遅れるため，余やわらかくなりすぎず，好まれたと考えられる．

分な水分を含んだ表面が溶け出したと考えられる．

５．結言

東亜食品工業㈱製，2×3×210 mm の小麦粉乾麺

細麺の 80℃投入によるゆで調理は有効である。

（以下 WF）とエステル化タピオカ澱粉 10%配合
文

乾麺（以下 ETS）を用いた．ステンレス鋼製鍋，
電磁調理器，イオン交換水 2L を用い，水温が 80℃と 100℃に達した時点で乾麺 160g を投入し 10 分
間ゆでた．消費電力量の算出，走査型電子顕微鏡
観察（JCM-5000，日本電子㈱製，高真空モード，
10kV，×1000），貫入試験（RE-3305，㈱山電製，

献

1) 江口智美，山崎理加，吉村美紀：キャッサバデ
ンプン配合麺の調製時におけるむらし操作時
間導入の効果に関する研究，日本調理科学会誌，
44，417-426，2011．
2) 福留奈美：調理における沸騰を表す用語・表現の言語間の比較，第 39 回食品の物性に関するシンポジウム講演要旨集，pp. 33-36，2012．

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日本バイオレオロジー学会誌（電子版）第 27 巻

第2号

2013

(113)

飲料中亜硝酸の還元による NO 産生
小川武人，望月精一
川崎医療福祉大学 医療技術学部 臨床工学科 [〒701-0193 岡山県倉敷市松島 288]

１．緒言

還元物質あると考えられた．一方，野菜ジュース-

野菜などの食物中に含まれる硝酸イオン（NO 3 ）-は，様々のビタミン類を含有し，トマトジュース

は口腔内で亜硝酸イオン（NO2 ）に還元され，抗は、多量のリコピンを含有している．しかし，ポ

酸化物質（還元剤）と摂取されると胃内で一酸化リフェノール類よりも還元力が弱いことが知られ窒素（NO）に還元されることが知られている．NOている．ここで，緑茶と赤ワインは，各々ビタミは，血管弛緩作用，抗血栓性，抗動脈硬化作用な

ン C，亜硫酸塩を含有しているが，これらの物質どが知られており，その生成機序を解明することも抗酸化作用がある．そこで，ビタミン C，亜硫は重要である．そこで本研究では，飲料中に含ま酸塩を用いた実験を行ったところ，緑茶と赤ワイ-れる抗酸化物質による酸性条件下での NO2 からのンからの NO 産生は，これらの還元物質ではなく，NO の産生の評価を試みた．

その他の含有物質によることが明らかとなった．
これは，ビタミン C と亜硫酸塩の濃度が極めて低２．実験方法かったためと考えられる．

サンプル飲料として，抗酸化物質を有することが知られている野菜ジュース，トマトジュース，
緑茶，コーヒー，赤ワインを使用した．これらのサンプル飲料を NO2-を含有したクエン酸緩衝溶液（pH 2，50 mL）中に添加した．その際に生成したNO は，NO センサ（amiNO-700；米国 Innovative
Instruments 社）で測定した．なお，NO2-と NO3-の濃度測定には NOx 分析器（ENO-20；エイコム）を用いた.

Fig. 2: Concentration of nitrite-derived NO generated byvarious types of antioxidants contained in drinks
４．結言
酸性条件下で抗酸化物質を含有する様々な飲料によFig. 1: NO-measuring system equipped with an NO sensor

る NO2-の還元による NO 産生を評価した．緑茶，コー
ヒー，赤ワインは，野菜ジュースやトマトジュースよりも高レベルの NO を産生したことから，高い還元作

３．実験結果および考察
各サンプル飲料を NO2-含有する緩衝液に添加したところ，全てのサンプル飲料について NO 産生用を有しているポリフェノール類の寄与が大きいことが明らかとなった．

が認められた．生成した NO 濃度は，飲料の種類

謝と量，NO2-の添加量に依存していた．野菜ジュー
スやトマトジュースと比較して，緑茶，コーヒー，
赤ワインで高値を示した．緑茶，コーヒー，赤ワ

辞

本研究は科研費（23500534），川崎医療福祉大学医療福祉研究費の助成を受けたものである。

インは，各々カテキン，クロロゲン酸，タンニンを多く含有しており，これらのポリフェノール類
は，強力な還元力を有し，NO 産生において有効な- 85 -

編集後記
第 36 回日本バイオレオロジー学会年会を開催するにあたり，多くの先生方のご協力をいだだきました．
心より感謝申し上げます．年会運営では参加される皆様にご迷惑をおかけすることが多々あるかと思いますが，ご容赦いただけますと幸いです．今回の年会では，韓国から 2 名の先生をお招きし，日韓ジョ
イントシンポジウムを企画いたしました．これを機会に韓国との交流が深まっていくことを望んでいます．福岡は海の幸が豊富な街です．学会期間中に是非ご堪能ください．皆様のご参加を心よりお待ちしております．
（工藤

奨，中嶋

和弘）

編集委員会
編集委員長

望月

精一

編集委員

市川

寿

喜多

理王

工藤

奨

坂元

尚哉

櫻井

秀彦

一杉

正仁

山田

宏

山本

徳則

中嶋

和弘

特別編集委員日本バイオレオロジー学会誌 (B & R, 電子版)

第 27 巻

第2号

2013 年 6 月 6 日発行
編集者 望月精一
発行者 谷下一夫
特定非営利活動法人 日本バイオレオロジー学会・事務局〒376-8515 群馬県桐生市天神町１丁目５番１号
群馬大学大学院 工学研究科 応用化学・生物化学専攻 高分子物理化学研究室内
TEL/FAX
0277-30-1427
E-MAIL
office@biorheology.jpⓒcopyrighted 2013,

by Japanese Society of Biorheology

年会タイムテーブル
第 1 日目 6 月 6 日（木）第 1 会場（大会議室）

第 2 室（中会議室）
13:00～15:00
理事会評議員会合同会議
休憩
16:00～18:00
バイオレオロジー・リサーチフォーラム「細胞操作技術の新展開」

第 2 日目 6 月 7 日（金）第 1 会場（大会議室）
9:10～10:10 OS7
p.27~31
ヘルスケア食品レオロジー
p.32~38
学術奨励賞応募講演
11:44～12:40
昼食
12:40～13:16 OS1
p.39~41
血管障害と流体力学

第 2 室（中会議室）
9:10～10:10 OS5
p.42~46
ティッシュエンジニアリング・人工臓器(1)休憩

10:20～11:44

11:50～12:40
電子版 B&R 編集委員会
12:40～13:28 OS5
p.47～50
ティッシュエンジニアリング・人工臓器(2)休憩

13:50～14:50
p.22
特別講演「生体関節におけるバイオレオロジー」
休憩
15:00～17:30
p.23~26
日韓シンポジウム
移動
18:00～20:00
懇親会（ヒルトン福岡シーホーク）
第 3 日目 6 月 8 日（土）第 1 会場（大会議室）
9:00～9:48 OS6
p.52~55
生体物質の構造形成と機能発現・制御(1)

第 2 会場（中会議室）
9:00～9:48 OS2
p.66~69
循環器ダイナミクスと疾患
休憩
10:00～10:48 OS6
p.56~59
10:00～10:48 OS3
p.70~73
生体物質の構造形成と機能発現・制御(2)血液レオロジーと微小循環(1)休憩
11:00～11:30
総会
11:30～12:30
11:30～12:30
昼食
Vascular Engineering 出版打ち合わせ会
12:30～14:00
学会賞受賞講演休憩
14:15～14:45
p.78~85
ポスターセッション （多目的室）
コアタイム 14:15～14:43
休憩
15:00～16:12 OS4
p.60~65
15:00～15:48 OS3
p.74～77
細胞・分子のメカのバイオロジー
血液レオロジーと微小循環(2)