間充織凝集を模倣した光駆動型細胞足場による膵原基の構築と細胞力覚からの発生の理解

• Project/Area Number: 20J01898
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 本間 健太 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: アゾベンゼン / 相転移 / 光異性化 / ハイドロゲル / 焦点接着

Outline of Research at the Start

近年細胞治療への関心が高まりつつある。特に、細胞から組織を構築する組織工学は精力的に取り組まれている。一方で、既存の手法では生体内で組織が形成されていく上での複雑な相互作用を無視しており、本来の機能性を発揮することが困難であった。そこで、本研究ではゲルに異なる細胞種を内包し、生体の発生段階で起こるプロセスをこのゲルを用いて模倣することで、生体同等の機能性を有する発生初期の膵臓を作製することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、四次元細胞足場を合成高分子により設計し、間充織凝集を模倣することによって内包した細胞群からなる膵原基の形成を目的としている。この目的を達成するに当たって、光により膨潤収縮するゲル足場を昨年度開発した。ゲル上で培養した細胞は高い生存率を維持していた。本年度は、足場からの力学刺激が細胞内シグナル伝達にどのように変換されるか理解することを目的とし、Institute for Bioengineering of Cataloniaを拠点として研究を実施した。

光応答性ゲルの膨潤収縮が細胞-足場界面にて及ぼす影響を検討するため、接着班を（ゲルの膨潤収縮によって）力学刺激できる系を構築し、細胞観察を試みた。まず光異性化するアゾベンゼンモノマーおよびジメチルアクリルアミドから成るゲルを調製し、局所的に紫外光を照射した。最小2 μmの局所UV照射に対して膨潤が確認された一方で、ゲルの光照射領域と非照射領域は連続しているため、膨潤が非照射領域まで及んだ。次に、ゲルの局所膨潤収縮に対する細胞応答を観察するため、焦点接着班の形成に関与するパキシリンを蛍光標識したヒト線維芽細胞をゲルに播種した。細胞の焦点接着領域に紫外光及び可視光を10秒周期で交互に照射しながらパキシリンを経時観察したが、照射領域における接着班の変化は確認されなかった。細胞応答を誘起するに当たって、UV/可視光照射量とゲル膨潤度の相関や膨潤収縮キネティクスの条件検討が必要と考える。

上記の通り本年度は細胞観察とゲル足場の光駆動を同時に実施できる系を構築したが、ゲル調製、パキシリン蛍光標識、ゲル膨潤を誘起する光照射などの検討に時間を費やしたため、予定していた膨潤収縮に対するメカノトランスダクションを詳細に研究するには至らなかった。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Viscoelastically tunable substrates elucidate the interface-relaxation-dependent adhesion and assembly behaviors of epithelial cells (2021)
  • Author(s): A, C, Chang, K. Uto, K. Homma, and J. Nakanishi
  • Journal Title: Biomaterials Volume: - Pages: 120861-120861
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2021.120861
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Design of azobenzene-bearing hydrogel with photoswitchable mechanics driven by photo-induced phase transition for in vitro disease modeling (2021)
  • Author(s): K. Homma, A. C. Chang, S. Yamamoto, R. Tamate, T. Ueki, and J. Nakanishi
  • Journal Title: Acta Biomater. Volume: - Pages: 103-113
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2021.03.028
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 光誘起相転移するアゾベンゼン含有ゲルの設計とメカノバイオロジーへの展開 (2021)
  • Author(s): 本間健太、Alice Ching-Hsuan Chang、玉手亮多、山本翔太、上木岳士、中西淳
  • Organizer: 第70回高分子討論会
• [Presentation] 光誘起相転移するアゾベンゼン含有ハイドロゲルの設計と動的細胞足場への展開 (2021)
  • Author(s): 本間健太、Alice Ching-Hsuan Chang、玉手亮多、山本翔太、上木岳士、中西淳
  • Organizer: 第32回高分子ゲル研究討論会
• [Presentation] 光誘起相転移するアゾベンゼン含有ポリマーの設計とメカノバイオロジカル材料への展開 (2020)
  • Author(s): 本間健太、Alice Ching-Hsuan Chang、玉手亮多、山本翔太、上木岳士、中西淳
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] 動的細胞足場への展開に向けたアゾベンゼン含有ゲルの設計とその光誘起相転移 (2020)
  • Author(s): 本間健太、Alice Ching-Hsuan Chang、玉手亮多、山本翔太、上木岳士、中西淳
  • Organizer: 第30回日本MRS年次大会