省エネと体の治癒率のパズル

傷の治癒は非常に複雑な現象であり、すべての生き物が多大な資源を費やしています。したがって、創傷治癒を可能な限り迅速かつ効率的に行う方法の問題は明らかに重要です。

基本的なパズルの1つは、細胞自体が非常に急速に成長するときに、創傷治癒の進行が非常に遅い理由です。たとえば、創傷治癒に重要な役割を果たす線維芽細胞は、理想的な条件でペトリディッシュで成長させた場合、わずか10時間で倍増する可能性があります。これは、傷が体の中で治癒するよりも明らかにはるかに速いです。なぜ違いがあるのですか？

今日、スウェーデンのチャルマース工科大学のPeter Apellと数人の仲間は、かなり型破りなアプローチを使用して答えを見つけたと言います。これらの人々は、エネルギー節約の観点から創傷治癒を研究しています。彼らは、物理法則が創傷治癒にどのような基本的な制限を課しているのか、そしてこれが他の点では非常に複雑なプロセスにどのような洞察を与えるのかを尋ねます。

彼らは、創傷腔を満たすために必要な材料を処理する際に代謝によって使用されるエネルギーの数学的モデルを作成することから始めます。これは、免疫系が感染と戦うために必要なエネルギー、既存の細胞組織を維持するために必要なエネルギー、そして最後に脂肪とタンパク質の比率に依存する新しい組織を成長させるために必要なエネルギーの3つの部分に分けることができます。

この3番目の部分が重要な要素です。 Apellと共同研究者は、新しい細胞を成長させるには、成長する新しい組織1グラムあたり平均で約20キロジュールが必要であると計算しています。これは、物理的には、傷が実質的なエネルギーシンクのように機能することを意味すると彼らは言います。

しかし、利用可能なエネルギーの量は、体の総エネルギー収支によって制限されており、それを超えたり、過度に利用したりすることはできません。

Appelはさらに、必要なリソースを傷口に移動するために必要なエネルギーを計算し、これを、生物自体の特徴である代謝全体を実行するために必要なエネルギーと比較します。

これらすべてを考慮に入れると、彼らのモデルは約10日の創傷治癒時間を予測しています。これは間違いなく測定された治癒時間と一致していると彼らは言います。

彼らはこのモデルを使用して、創傷の閉鎖率などの要因に関する他の多くの予測を行います。次に、彼らは創傷治癒のラットモデルで彼らの予測をテストし、彼らがうまく適合していると言います。

その結果、非常に複雑な生物学的プロセスへの興味深い洞察が得られます。物理法則が時々できることは驚くべきことです！

参照： arxiv.org/abs/1212.3778 ：創傷治癒の物理学I：エネルギーに関する考慮事項

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