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Development of microdevices to investigate cellular curvature-sensing mechanisms based on mechanobiology of adhesion interface

Research Project

Project/Area Number 19K20679
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

Yamashita Tadahiro  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (00827339)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords曲率 / 血管平滑筋細胞 / マイクロデバイス / 配向性 / メカノバイオロジー / 細胞接着
Outline of Research at the Start

細胞は周辺環境の立体形状を鋭敏に感知し、自らの機能や挙動を能動的に制御しているが、そのメカニズムの詳細はいまだに分かっていない。本研究は、細胞の接着面の曲率やその向きを自在に操作できる新しい細胞培養技術・可変曲面マイクロデバイスを開発し、変形する曲面上で細胞が周辺形状に適応する様子のリアルタイム観察を実現する。このようなデバイスと細胞内生体分子を阻害する薬剤を用い、細胞の曲面上での挙動を解析することで、細胞がどの生体分子を用いて周辺の立体形状を認識しているか、その詳細を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

We developed a new micro-cell-culture platform that enables temporal change of curvature of the cell-adhering surface, to investigate the detail of unique behaviours that vascular smooth muscle cells (VSMCs) show on curved surfaces at the scale of several hundred micrometres. To prove the concept, VSMCs were exposed to a sudden change of the curvature of the cell-adhering plane, and their response in orientation was monitored, showing their acute sensitivity to the surface curvature. Additionally, cellular contractility was measured by improving the controlling system. These observations on VSMCs on curved surfaces suggest that the curvature of the cell-adhering plane has a significant impact on the phenotype of VSMCs.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、これまで生物学分野で焦点が当てられてこなかった「培養面のわずかな曲率が細胞に与える影響」を解析するための新しい技術基盤を構築した。そして、単一細胞よりもはるかに大きい直径数mm程度の曲面が細胞の配向や表現型に影響を与えることを実験的に明らかにした。これらの知見は、将来の再生医療において、細胞の挙動を制御し、体外で組織や臓器の構築を行う際の、足場材料の形状設計指針となることが期待される。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Wuerzburg(ドイツ)

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Journal Article] Air-pressure-driven Separable Microdevice to Control the Anisotropic Curvature of Cell Culture Surface2020

    • Author(s)
      Yamashita Tadahiro、Nishina Takuya、Matsushita Ichiro、Sudo Ryo
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 36 Issue: 8 Pages: 1015-1019

    • DOI

      10.2116/analsci.20A001

    • NAID

      130007886467

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2020-08-10
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 曲面上での血管平滑筋細胞の振る舞いを解析するマイクロデバイスの開発2021

    • Author(s)
      山下忠紘
    • Organizer
      日本機械学会 第33回バイオエンジニアリング講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 人力オートメーション -N氏の奮闘に見る細胞実験自動化の谷-2021

    • Author(s)
      山下忠紘
    • Organizer
      日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会 2021 チュートリアル・ワークショップ ラボラトリーオートメーション月例勉強会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 曲面上に存在する組織の張力計測手法の開発2020

    • Author(s)
      竹内翠, 渡邉應文, 須藤亮, 山下忠紘
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第42回研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 培養面の動的な曲率変化に対する血管平滑筋細胞の配向応答の解析2020

    • Author(s)
      仁科拓哉, 松下一郎, 須藤亮, 山下忠紘
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第42回研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロ曲面上における細胞集団の形態変化のモデル化2020

    • Author(s)
      松澤諒介, 須藤亮, 奥田覚, 山下忠紘
    • Organizer
      日本機械学会 第31回バイオフロンティア講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of tissue adhesion strength utilizing the spontaneous detachment from micro curvature2019

    • Author(s)
      Ryosuke Matsuzawa, Philip Kollmannsberger, Ryo Sudo, Tadahiro Yamashita
    • Organizer
      41st Engineering in Medicine and Biology Conference
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An air-driven microdevice to tune the anisotropic curvature of cell adhesion plane to pursue the mechanobiology of curved surface2019

    • Author(s)
      Tadahiro Yamashita, Ichiro Matsushita, Ryo Sudo
    • Organizer
      23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Science
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 空気圧を利用した可変曲面細胞培養デバイスの開発2019

    • Author(s)
      山下忠紘, 松下一郎, 須藤亮
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第39回研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 曲率を制御可能なマイクロ曲面細胞培養プラットフォームの開発2019

    • Author(s)
      山下忠紘, 松下一郎, 須藤亮
    • Organizer
      第58回日本生体医工学会大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] マイクロ曲面からの脱離挙動を用いた組織接着強度評価法の開発2019

    • Author(s)
      松澤諒介, 山下忠紘, 須藤亮
    • Organizer
      日本機械学会 第30回バイオフロンティア講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 曲面上でガラリと変わる培養組織の振る舞い2019

    • Author(s)
      山下忠紘
    • Organizer
      第8回 Chem-Bio Joint Seminar 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞培養面の曲率を操作可能なマイクロデバイスの開発2019

    • Author(s)
      山下忠紘, 松下一郎, 須藤亮
    • Organizer
      LIFE2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Book] Material-based Mechanobiology, Curvature Mechanobiology2021

    • Author(s)
      Ryosuke Matsuzawa, Midori Takeuchi, Takuya Nishina, Tadahiro Yamashita
    • Publisher
      RSC Publishing
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-01-27  

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