Morphogenesis-based Manufacturing: Construction of optimal structures based on mechanical response of cells
| Project/Area Number |
21H04533
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松本 健郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30209639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 英次郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20581614)
KIM JEONGHYUN 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20844591)
王 軍鋒 名古屋大学, 工学研究科, 研究員 (20898415)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥43,290,000 (Direct Cost: ¥33,300,000、Indirect Cost: ¥9,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2021: ¥26,650,000 (Direct Cost: ¥20,500,000、Indirect Cost: ¥6,150,000)
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| Keywords | 力学的適応 / 形態形成 / ものづくり / 骨 / 珪藻 / バイオメカニクス |
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| Outline of Research at the Start |
生物のかたちづくりには力が大きく関わっており，生体組織の多くが力学的最適性を保っている．そこでこれをものづくりに応用するため，1)組織内の力を細胞レベルで明らかにする基盤技術として，張力センサタンパクを発現する細胞を組織に埋め込んでひずみゲージとする手法の確立，2)力学負荷により幼若骨組織に最適構造を自発創成させる手法の確立，3)力による珪藻の被殻形状の制御と被殻形成過程のリアルタイム観察による珪藻被殻の精妙な模様の形成機構の解明を進める.
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ａ．組織に作用する力の分布を細胞レベルで明らかにする手法の開発：ゲノムレベルでFRET型張力センサを発現するひずみゲージ細胞を微細針で血管組織に注入し，ひずみゲージとして利用する方法の検討を継続した．ラット胸大動脈壁試料にひずみゲージ細胞を注入し，組織を透明化した後，引張るとFRETが下がることが確認できた．しかし，再現性の良い変化が得られたのは内部の細胞で，表面の細胞は引張でFRETが上がるケースも見られた．これは細胞が剥がれたからかもしれない．また，組織の能動収縮時の変化を調べるために，組織にノルアドレナリンを添加するとFRETが下がることが確認できた．
Ｂ１．幼若骨組織への力学負荷による力学的最適構造の自発的創成：引張に伴う組織の変形は組織の外縁部分よりも中央領域で大きいことが判った．これが中央領域の細胞の骨芽細胞への分化を促進し，この細胞がType Iコラーゲンを産生促進し，骨組織の中央領域でType Ⅰコラーゲンに対する石灰化が促進するのではないかと考えられた．
Ｂ２．骨単位構造形成原因の探索：ガラスピペットを作製し，これをさらに加熱することで，ほぼ円錐面を作製することに成功した．この面上で細胞を培養するやはり円周方向に移動することが確認できた．
Ｃ．珪藻の形態形成に及ぼす力学刺激の影響の検討：昨年度に引き続き長円筒状の珪藻であるAulacoseiraの被殻形成過程を詳しく調べた．新たに形成する殻が蛍光を発するようになる試薬PDMPOを入れた培地中で培養し，新たな殻がどのようにして形成されていくのか詳細に観察した結果，外側にある薄い被殻（殻帯）が２層構造をしており，このうちの内側の殻帯が伸張しつつ外側の殻帯と滑り会うことで軸方向に伸張し，できあがった空間に厚い被殻（蓋殻）ができることで伸張することを確かめた．これは他の珪藻の伸張方式と同じであった．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(28 results)
