| Project Area | Integration of extracellular information by multimodal ECM activity |
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| Project/Area Number |
23H04934
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo (2024-2025)
Nagoya University (2023) |
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Principal Investigator |
鳴瀧 彩絵 東京科学大学, 総合研究院, 教授 (10508203)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋元 文 (水谷文) お茶の水女子大学, 文理融合 AI・データサイエンスセンター, 准教授 (10585805)
秋吉 一成 京都大学, 医学研究科, 研究員 (90201285)
佐々木 善浩 京都大学, 工学研究科, 教授 (90314541)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥146,900,000 (Direct Cost: ¥113,000,000、Indirect Cost: ¥33,900,000)
Fiscal Year 2025: ¥29,380,000 (Direct Cost: ¥22,600,000、Indirect Cost: ¥6,780,000)
Fiscal Year 2024: ¥28,990,000 (Direct Cost: ¥22,300,000、Indirect Cost: ¥6,690,000)
Fiscal Year 2023: ¥28,080,000 (Direct Cost: ¥21,600,000、Indirect Cost: ¥6,480,000)
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| Keywords | デザイナーマトリックス / ハイドロゲル / 粘弾性 / ナノゲル |
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| Outline of Research at the Start |
ECMはマルチモーダルな情報伝達を担っており、その役割について粘弾性等の物理的因子と化学的因子を分離しての本質的理解は困難であった。本研究では、モダリティの分離が可能となるよう設計された人工ECMのハイドロゲルを用いてECMの本質に切り込む。特に、細胞とECMの力学的カップリングで生じる非線形な粘弾性変化が、分子-細胞-組織に与える現象を理解する。さらに、他班で明らかになる細胞外情報分子等を、分子シャペロン機能を有する多糖ナノゲルに組み込んでハイドロゲルとともに構造化し、物理的因子と化学的因子が三次元的に制御されたデザイナーマトリックスを創製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質ナノファイバーを構成要素とするハイドロゲルが示す非線形粘弾性特性を、レオメータを用いた動的粘弾性測定により引き続き明らかにした。溶媒を10w/v%ショ糖水溶液から細胞培養用培地 (DMEM) に変化させると貯蔵弾性率の値が上昇する一方、ゲルからゾルへ転移するひずみ値が小さくなることを見出した。ハイドロゲルの粘弾性が非線形に変化するときのタンパク質ナノファイバーの変化を共焦点レーザースキャン顕微鏡等で直接観察しようと試みたが、解像度に比べてファイバー系が細すぎたために観察ができなかった。ハイドロゲルへ細胞(PANC-1細胞)を混合した際、弾性率の値の上昇およびゲル状態を回復するまでの時間の短縮が見られた。さらに、ハイドロゲル内で筋芽細胞C2C12の三次元培養を行い、コラーゲンゲルと比較して細胞を未分化状態に維持できることを見出した。
モダリティの分離については、弾性率と分子拡散性を独立に制御できる高分子ゲルの開発を行い、分子透過性評価手法の検討を行った。また、生体組織のレオロジーを測定可能な自作レオメーターの開発を行い、市販装置よりも損失弾性率を精度良く測定することに成功した。
デザイナーマトリックスの創製については、光架橋型のマクロゲル構築に向けたバイオインクの開発を引き続き行った。また、疎水化多糖ナノゲル基盤人工ECMとして、凍結融解法によりマイクロファイバーを効率的に合成できることを明らかにするとともに、このファイバーからなるハイブリッドスフェロイドが構築できることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
概ね計画どおりに研究が進展している。顕微鏡の解像度よりもタンパク質ナノファイバーの径が細く、観察に苦戦しているが、ファイバーをバンドル化する条件の検討など、対案を多角的に進めている。領域内共同研究についても打ち合わせを重ねており、当初計画になかった計画も浮上してきている。
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| Strategy for Future Research Activity |
タンパク質ナノファイバーを構成要素とするハイドロゲルが示す非線形粘弾性特性、およびハイドロゲルへ細胞を混合した際の粘弾性についてレオメータを用いた動的粘弾性測定により引き続き明らかにする。創傷治癒において主要な役割を果たす線維芽細胞をタンパク質ナノファイバー上で培養して細胞の分化挙動等を明らかにする。さらに、小口径人工血管や消化管縫合不全紡糸材料など、粘弾性の制御が重要となるECMインスパイア－ドバイオマテリアルの創製にも取り組む。
モダリティの分離については、弾性率と分子拡散性を独立に制御できる高分子ゲル内で細胞を培養し、モダリティが細胞挙動に与える影響を解析する。また、組み換えラミニンE8フラグメントを導入した完全合成細胞培養ゲルの開発、系統的に硬さが異なる合成細胞培養ゲルの開発を行う。
光架橋型のマクロゲル構築に向けたバイオインクの開発を引き続き行う。また、人工ECMとしてナノゲルのみならず、ケラチンなど新たな生体材料からなるマイクロスフェア、マイクロファイバーを作製し、A02-1永楽班と共にスフェロイド、オルガノイド形成機能の解析を行う。さらに、これらの生体材料からなるマイクロフィルムを構築し、ECMとしての機能評価を行う。
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