細胞メカノ活性化効果を最適化する非一様力学場培養技術の開発
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21K18326
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
木戸秋 悟 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10336018)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保木 タッサニーヤー 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (20526834)
江端 宏之 九州大学, 理学研究院, 助教 (90723213)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
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| Keywords | 細胞メカノ活性化 / 非一様力学場 / 細胞内部応力ゆらぎ / メカノバイオロジー / 非定住運動 / 内部応力ゆらぎ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、非一様力学場環境中を運動する細胞において顕現する、細胞の生存・増殖・運動性などの諸機能の増強現象に着目し、その系統的操作技術を開発し細胞操作工学の新たな基材設計分野を開拓することを目的とする。非一様力学場を非定住に運動する細胞では内部応力ゆらぎが増幅される結果、細胞の健常活動に関与する遺伝子群の発現が広範に活性化されることを我々はこれまでに独自に見出している。非一様力学場上での細胞の自発的運動は細胞内部応力の非平衡度の増大とともに細胞をより健常化し、その機能強化に寄与する（メカノ活性化効果）。本研究ではこの現象の系統的制御、原理解明、および実用展開の開拓に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、非一様力学場環境中を運動する細胞において顕現する、細胞の生存・増殖・運動性などの諸機能の増強現象に着目し、その系統的操作技術を開発し細胞操作工学の新たな基材設計分野を開拓することを目的とする。研究代表者はこれまでに、『非一様力学場上での細胞の非定住運動が細胞内部応力の非平衡度の増大とともに細胞をより健常化しその機能強化に寄与する(メカノ活性化効果)』ことを独自に見出している。本研究ではこの現象の系統的制御、原理解明、および主に間葉系幹細胞(MSC)の治療有効性増強を踏まえた実用展開の開拓に取り組む。2021年初年度までに、細胞メカノ活性化効果を最大化する非一様弾性場の系統的設計を検討し、従来設計の三角形の硬領域パターニングゲルよりも、パターンの四角形1辺が85μm、パターン間の幅が60μmの四角形硬領域パターニングゲルの場合に逆Durotaxisが増え、総合的に硬軟領域間の非定住運動が最大活発化することを見出した。2022年第二年次は細胞の運動性、接着形態の動的変動の各評価に基づき、この四角形パターニングゲル上でのMSCの活性応答の検証を進めた。特に、当該非定住運動に伴う細胞内部応力の非平衡度の定量評価指標に関して、MSCの活性化強度との対応づけを検討した。応力非平衡度の評価には、主として牽引力顕微解析を行いながら、さらに迅速簡便な指標として細胞形態のゆらぎの特徴量の抽出を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
MSCのメカノ活性化を従来条件の基材上での培養よりも強化し得るパターニング条件は特定できており、その培養系でのMSCの応力非平衡度の評価手法とメカノ活性化度の簡便な評価指標となるAPC遺伝子の発現上昇度の評価のスキームはすでに確立しており、昨年度はこれらを順次進めていた。しかし一方で、使用するMSCの性質のバラツキが大きく、年度の途中で評価中のMSCがほとんど運動しなくなるトラブルに見舞われた。作製するゲル基材は精密技術でつくり込むため大量作製が容易ではないことなどから、MSCの運動抑制の原因追求のための実験が長くかかってしまった。原因は細胞の老化であることが突き止められたため、現在は細胞の管理をさらに厳格に行い、問題は解決されているが、これらの事情により当初計画よりやや遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
第二年次においてMSCの老化に伴う運動機能の低下問題が干渉してくることが明らかとなった。細胞運動をほとんど見せないほど老化の進んだMSCでは非定住培養基材上での培養でもメカノ活性化応答は見込めない。そこで、メカノ活性化MSCを得る際には、老化度の判定を第一段階で行い、一定のスクリーニングを経たあと当該培養にかける必要があることがわかった。今後は、治療有効性増強MSCの創出に向けて、このようなスクリーニングを導入し、非一様力学場での牽引力顕微鏡解析と細胞形態ゆらぎ評価に基づく内部応力非平衡度の評価と、キャピラリー電気泳動を用いたAPC発現評価解析に基づいて順次推進する。
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Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
