生体組織の三次元的な機能・構造再生に関する研究

• Project/Area Number: 13J10369
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute (2014-2015); National Institute of Agrobiological Sciences (2013)
• Principal Investigator: 神戸 裕介 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: FRET / リコンビナントタンパク / バイオマテリアル / シルク / バイオメカニクス / 血管誘導 / 組織工学 / リコンビナントタンパク質 / 培養担体

Outline of Annual Research Achievements

組織再生過程での細胞と足場材料との相互作用を評価・理解することは再生メカニズムの解明や足場材料の開発に重要な知見を与え得るものの，力学的な評価は限られている．本研究では，細胞―材料間の力学的相互作用を可視化し得る，フォルスター共鳴エネルギー移動（FRET）を利用した張力センサーの開発を行った．本年度は，センサー固定基板上に播種した線維芽細胞の経時蛍光観察を行い，細胞―材料間の力学的相互作用の可視化に取り組んだ．なお，経時観察中にサイトカラシンD（アクチン重合阻害剤）を作用させ，細胞の収縮を引き起こした．サイトカラシンDの作用により，伸展形状を示していた細胞は徐々に収縮し，最終的に球形となった．アクチンの脱重合に伴い，接着斑が徐々に消失したと考えられる．この過程において，まず，細胞の仮足先端部にFRETインデックスが低値を示す，即ち，強い張力が負荷されている領域が現れた．そして，細胞が球形になるとこの領域は消失した．収縮初期では残存している接着斑に張力が集中するも，最終的に全ての接着斑が消失し，細胞―材料間の張力が検出限界以下となったと考えられる．以上より，張力センサーを用いることで，アクチン細胞骨格の構造変化や接着斑の形成・消失に伴う細胞―材料間の力学的な相互作用が可視化できることが示された．
生体組織の三次元的な機能・構造再生の達成には，再生部への血管誘導が重要である．そこで本研究では，機能性ペプチドの修飾による，シルクフィブロインゲルへの血管誘導能の付加にも取り組んだ．昨年度作製した血管誘導性ペプチドをゲルに修飾した結果，皮下組織においてゲル埋入部に誘導される血管の面積が約2倍に増加した．また，組織染色の結果，血管誘導によってゲル埋入部の組織置換が促進されることが示された．血管誘導性ペプチド修飾シルクフィブロインゲルは，三次元的な組織再生の達成に有用であると考えられる．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Silk fibroin sponges with cell growth-promoting activity induced by genetically fused basic fibroblast growth factor (2016)
  • Author(s): Kambe Y，Kojima K，Tamada Y，Tomita N，Kameda T
  • Journal Title: Journal of Biomedical Materials Research Part A Volume: 104 Issue: 1 Pages: 80-91
  • DOI: 10.1002/jbm.a.35543
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of a FRET-based recombinant tension sensor to visualize cell-material interactions (2016)
  • Author(s): Kambe Y，Kojima K，Tamada Y，Tomita N，Yamaoka T
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry B Volume: 4 Issue: 4 Pages: 649-655
  • DOI: 10.1039/c5tb02309b
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Recombinant production and film properties of full-length hornet silk proteins (2014)
  • Author(s): Kambe Y，Sutherland TD，Kameda T
  • Journal Title: Acta Biomaterialia Volume: 10 Issue: 8 Pages: 3590-3598
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2014.05.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Production and cell adhesion activity of recombinant full-length hornet silk protein fused with RGDS peptide (2014)
  • Author(s): Kambe Y, Kameda T
  • Journal Title: Journal of Silk Science and Technology of Japan (日本シルク学会誌) Volume: 22 Pages: 47-49
  • Peer Reviewed
• [Presentation] FRET張力センサー固定基板上での細胞挙動の観察 (2016)
  • Author(s): 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖，山岡哲二
  • Organizer: 日本機械学会第28回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] シルクフィブロイン物理架橋ゲルへの血管誘導性ペプチドの導入と軟組織再生 (2016)
  • Author(s): 神戸裕介，村越成恵，浦川宏，木村良晴，山岡哲二
  • Organizer: 第25回インテリジェント材料・システムシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所（TWIns）(東京都港区)
  • Year and Date: 2016-01-08
• [Presentation] Development of FRET mechanical sensor to visualize interactions between cells and biomaterials (2015)
  • Author(s): Kambe Y，Kojima K，Tomita N，Tamada Y，Yamaoka T
  • Organizer: 第37回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-11-09
• [Presentation] 血管誘導能を有するシルクフィブロイン物理架橋ゲルの作製 (2015)
  • Author(s): 神戸裕介，村越成恵，浦川宏，木村良晴，山岡哲二
  • Organizer: 第37回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-11-09
• [Presentation] 血管誘導性ペプチド含有シルクフィブロインゲルのin vivo評価 (2015)
  • Author(s): 神戸裕介，村越成恵，浦川宏，木村良晴，山岡哲二
  • Organizer: 平成27年度 繊維学会秋季研究発表会
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-10-22
• [Presentation] Development of FRET mechanical sensor to visualize cell-material interaction (2015)
  • Author(s): Kambe Y，Kojima K，Tomita N，Tamada Y，Yamaoka T
  • Organizer: The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
  • Place of Presentation: Hokkaido University (Sapporo, Japan)
  • Year and Date: 2015-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of vascular inducible hydrogel with functional peptide sequences for angiogenic therapy (2015)
  • Author(s): Kambe Y，Yamaoka T
  • Organizer: 4th TERMIS World Congress
  • Place of Presentation: Boston Marriott Copley Place (Boston, USA)
  • Year and Date: 2015-09-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FRET力学センサーによる細胞の接着斑にかかる力の可視化 (2015)
  • Author(s): 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖，山岡哲二
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会第10回関西若手研究発表会
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-08-05
• [Presentation] 細胞―培養基材間の力学的相互作用の可視化のためのFRET力学センサー (2015)
  • Author(s): 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖，山岡哲二
  • Organizer: 第25回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2015-07-23
• [Presentation] 細胞―培養基材間の力学的相互作用を可視化するFRETセンサーの開発 (2015)
  • Author(s): 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖，山岡哲二
  • Organizer: 第61回高分子研究発表会
  • Place of Presentation: 兵庫県民会館（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-17
• [Presentation] FRET力学センサーによる細胞―培養基材間の力学的相互作用の可視化 (2015)
  • Author(s): 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖，山岡哲二
  • Organizer: 第54回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-05-07
• [Presentation] 血管誘導能を有するフィブロインゲルの作製と応用 (2015)
  • Author(s): 神戸裕介，山岡哲二
  • Organizer: 第14回日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-21
• [Presentation] FRETバイオセンサーによる細胞の牽引力の可視化 (2015)
  • Author(s): 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖，山岡哲二
  • Organizer: 日本機械学会第27回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター(新潟県新潟市)
  • Year and Date: 2015-01-09 – 2015-01-10
• [Presentation] 血管誘導機能を有したシルクフィブロインゲル (2014)
  • Author(s): 神戸裕介，山岡哲二
  • Organizer: 第24回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [Presentation] 機能性リコンビナントタンパク質によるシルクゲルへの血管誘導機能の付加 (2014)
  • Author(s): 神戸裕介，山岡哲二
  • Organizer: 第36回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-18
• [Presentation] 機能性ペプチド/タンパク質融合シルクフィブロインを用いた関節軟骨再生 (2014)
  • Author(s): 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会第9回関西若手研究発表会
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-08-05
• [Presentation] 血管誘導性リコンビナントタンパク質の作製とその利用の試み (2014)
  • Author(s): 神戸裕介，山岡哲二
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会第9回関西若手研究発表会
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス（京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-08-05
• [Presentation] FRETセンサーを利用した細胞―材料間力学的相互作用の可視化の試み (2014)
  • Author(s): 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖
  • Organizer: 平成26年度繊維学会年次大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [Presentation] Recombinant production of FRET-based mechanical sensor to visualize cell–material interaction (2014)
  • Author(s): Kambe Y，Kojima K，Tomita N，Tamada Y
  • Organizer: The 2014 Annual Meeting of the Society For Biomaterials
  • Place of Presentation: Colorado Convention Center（Denver, USA）
  • Year and Date: 2014-04-16 – 2014-04-19
• [Presentation] FRETセンサーによる細胞―材料間の力学的相互作用の可視化の試み (2014)
  • Author(s): 神戸裕介, 小島桂, 玉田靖
  • Organizer: つくば医工連携フォーラム2014
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所(茨城県つくば市)
  • Year and Date: 2014-01-28
• [Presentation] 細胞―材料間相互作用を可視化し得るFRETセンサー固定基板作製の試み (2014)
  • Author(s): 神戸裕介, 小島桂, 富田直秀, 玉田靖
  • Organizer: 日本機械学会第26回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 東北大学片平キャンパス(宮城県仙台市)
• [Presentation] 細胞―材料間力学的相互作用の定量化 (2014)
  • Author(s): 神戸裕介, 富甲直秀, 玉田靖
  • Organizer: 第13回日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: 京都国際会館(京都府京都市)
• [Presentation] スズメバチが作るシルクの大腸菌生産系構築と機能評価 (2013)
  • Author(s): 神戸裕介, 亀田恒徳, Tara Sutherland, 玉田靖
  • Organizer: 第62回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館(京都府京都市)
• [Presentation] ホーネットシルクの原料調達とメディカル素材への応用 (2013)
  • Author(s): 亀田恒徳, 神戸裕介, 小島桂, 玉田靖
  • Organizer: 平成25年度繊維学会年次大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
• [Presentation] Cell Adhesion to Hornet (Vespa) Silk (2013)
  • Author(s): Kambe Y, Kameda T, Sutherland TD, Tamada Y
  • Organizer: The 25th European Conference on Biomaterials
  • Place of Presentation: Hotel Melia Castilla (Madrid, Spain)
• [Presentation] FRETを利用した細胞―材料間の力学的相互作用の可視化の試み (2013)
  • Author(s): 神戸裕介, 小島桂, 富田直秀, 玉田靖
  • Organizer: 第40回日本臨床バイオメカニクス学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)