Stem cell culture system with optimal spaces and anti-gravitational stimuli

• Project/Area Number: 23659907
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Dental engineering/Regenerative dentistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: KUBOKI Yoshinori 北海道大学, -, 名誉教授 (00014001)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2012: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2011: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: ３次元培養 / アクチン / コラーゲン / 骨原細胞 / 反重力装置 / チタン不織布 / チタン結合蛋白 / 反重力効果 / ３次元マトリックス / 3次元培養法 / 重力 / 動力学刺激 / 抗がん剤開発 / 3次元マトリックス / ３次元培養法

Research Abstract

We report here a new invention of an anti-gravity device for cell culture, in that we can invert the position of conventional culture dishes up-side-down in the culture medium. Also, we can rotate the 3D scaffolds of any kind in culture medium by this device. Our hypothesis is: if we change the direction of gravitational force on cell systematically, we can eventually detect the effects of gravity on the behaviors of cells. In this paper we described the details of the structures and concept of anti-gravitational device, and also some of the preliminary results of application of the device for osteoblasts MC-3T3 E1 and cancer cells MG 63. Results included remarkable morphological changes of the cells under the anti-gravitational environment, with 10-20 times higher RNA values of actin and collagen, indicating total rearrangement of cyto-skeletons and protein productions.

Research Products

• [Journal Article] Bone enhancing effect of titanium-binding proteins isolated from bovine bone and implanted into rat calvaria with titanium scaffold (2014)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki, Toshitake Furusawa, Masaaki Sato, Yongkun Sun, Hidero Unuma, Shigeaki Abe, Ryuichi Fujisawa, Tsukasa Akasaka, Fumio Watari, Hiroko Takita, Rachel Sammons
  • Journal Title: Biomedical Materials and Engineering Volume: Vol.24, Number3 Issue: 3 Pages: 1539-1548
  • DOI: 10.3233/bme-140958
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bone enhancing effect of titanium-binding proteins isolated from bovine bone and implanted into rat calvaria with titanium scaffold (2014)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki , Toshitake Furusawa, Masaaki Sato, Sun Yongkun, Hidero Unuma, Ryuichi Fujisawa, Shigeaki Abe, Tsukasa Akasaka, Fumio Watari, Hiroko Takita, Rachel Sammons
  • Journal Title: Biomedical Materials and Engineering Volume: In press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Implantation with new 3D-porous titanium web for treatment of parietal bone defect in rabbit. (2013)
  • Author(s): Zhikun Guo, Shouhei Iku, Lingmin Mua, Yufeng Wangd, Takaki Shimab, Yasuo Seki, Qiong Lia and Yoshinori Kuboki
  • Journal Title: Artificial Organs Volume: 37 Issue: 7 Pages: 623-628
  • DOI: 10.1111/aor.12058
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Periodontal regeneration following application of basic fibroblast growth factor-2 in combination with beta tricalcium phosphate in class III furcation defects in dogs (2013)
  • Author(s): Saito A, Saito E, Kuboki Y, Kimura M, Nakajima T, Yuge F, Kato T, Honma Y, Takahashi T, Ohata N
  • Journal Title: Dent Mater J Volume: 32(2) Pages: 256-62
  • NAID: 10031151409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Periodontal regeneration following application of basic fibroblast growth factor-2 in combination with beta tricalcium phosphate in class III furcation defects in dogs (2013)
  • Author(s): Akira SAITO, Emiko SAITO, Yoshinori KUBOKI, Mariko KIMURA, Toshinori NAKAJIMA, Fumihiko YUGE, Tsuyoshi KATO, Yoshiyuki HONMA, Tomomi TAKAHASHI and Noboru OHATA
  • Journal Title: Dental Materials Journal Volume: 32 Pages: 256-262
  • NAID: 10031151409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optimal Diameter of Honeycomb Tunnel Structure induces Bone Regeneration and Metabolism by Promoting Angiogenesis for an Implant Circumference Bone Defect (2013)
  • Author(s): Shirota T., Satoru Shintani S., Yoshizawa Y., Kuboki Y., Sammons R., Yagami K
  • Journal Title: Journal of Hard Tissue Biology Volume: 22 Pages: 417-418
  • NAID: 130004480610
• [Journal Article] Implantation with new 3D-porous titanium web for treatment of parietal bone defect in rabbit (2013)
  • Author(s): Zhikun Guo, Shouhei Iku, Lingmin Mua, Yufeng Wangd, Takaki Shimab, Yasuo Sekib, Qiong Lia and Yoshinori Kuboki
  • Journal Title: Artificial Organ Volume: 37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction between titanium and phosphoproteins revealed by chromatography column packed with titanium beads (2012)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki, Toshitake Furusawa, Masaaki Sato, Sun Yongkun, Hidero Unuma, Ryuichi Fujisawa, Shigeaki Abe, Tsukasa Akasaka, Fumio Watari, Hiroko Takita, Rachel Sammons
  • Journal Title: Bio-Medical Materials and Engineering Volume: Vol.22, No.5 Issue: 5 Pages: 283-288
  • DOI: 10.3233/bme-2012-0718
  • NAID: 120006876302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three dimensional geometry of honeycomb collagen promotes higher beating rate of myocardical cells in culture (2012)
  • Author(s): Zhikun Guo, Shouhei Iku, Zheng Xianjiea, Rachel, L. Sammons, Yoshinori Kuboki
  • Journal Title: Artificial Organ Volume: Vol.36, No.9 Pages: 816-819
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Periodontal repair following implantation of beta-tricalcium phosphate with different pore structures in class III furcation defects in dogs (2012)
  • Author(s): Saito E, Saito A, Kuboki Y, Kimura M, Honma Y, Takahashi T, Kawanami M
  • Journal Title: Dent Mater J Volume: Vol.31, No.4 Pages: 681-688
  • NAID: 10030501930
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Honeycomb form β-tricalcium phosphate induces osteogenesis by geometrical property with BMSC. (2012)
  • Author(s): Yagami K, Yanagisawa S, Kuboki Y
  • Journal Title: Biomed Mater Eng. Volume: 21 Issue: 5-6 Pages: 291-306
  • DOI: 10.3233/bme-2012-0677
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three dimensional geometry of honeycomb collagen promotes higher beating rate of myocardical cells (2012)
  • Author(s): Zhikun Guo, Shouhei Iku, Zheng Xianjiea, Rachel, L. Sammons, Yoshinori Kuboki
  • Journal Title: Artificial Organ Volume: 36 Pages: 816-819
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Periodontal repair following implantation of beta-tricalcium phosphate with different pore structures in class III furcation defects in dogs (2012)
  • Author(s): Saito E, Saito A, Kuboki Y, Kimura M, Honma Y, Takahashi T, Kawanami M.
  • Journal Title: Dent Mater J. Volume: 31 Pages: 681-688
  • NAID: 10030501930
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] nteraction between titanium and phosphoproteins revealed by chromatography column packed with titanium beads (2012)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki , Toshitake Furusawa, Masaaki Sato, Sun Yongkun, Hidero Unuma, Ryuichi Fujisawa, Shigeaki Abe, Tsukasa Akasaka, Fumio Watari, Hiroko Takita, Rachel Sammons
  • Journal Title: Bio-Medical Biomedicals and Enigineering Volume: 22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three dimensional geometry of honeycomb collagen promotes higher beating rate of myocardical cells in culture (2012)
  • Author(s): Guo Zhikun, Shouhei Iku, Zheng Xianjiea, Rachel L. Sammons, Yoshinori Kuboki,
  • Journal Title: Artificial Organ Volume: 36
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Honeycomb form ß-tricalcium phosphate induces osteogenesis by geometrical property with BMSC (2012)
  • Author(s): Kimitoshi Yagami, Tatsuo Shirota, Satoru Shintani, Mitsuori Mayahara, Mikio Nishizawa, Shigeru Yanagisawa, Rachel Sammons, Yoshinori Kuboki
  • Journal Title: Bio-medical Materials and Engineering Volume: 22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The effect of hydroxyapatite-coated titanium fiber web on human osteoblast functional activity (2011)
  • Author(s): Hirota M, Hayakawa T, Ametani A, Kuboki Y, Sato M, Tohnai I
  • Journal Title: Int J Oral Maxillofac Implants Volume: Vol.26, No.2 Pages: 245-250
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of gelatin-capped gold nanoparticles with variable gelatin concentration (2011)
  • Author(s): Neupane MP, Uo M., 他6名
  • Journal Title: Journal of Nanoparticle Research Volume: 13 Issue: 2 Pages: 491-498
  • DOI: 10.1007/s11051-010-9971-9
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 反重力培養装置とチタン製不織布とを?用したチタン結合蛋白質の培養系での活性検出 (2014)
  • Author(s): 久保木芳徳,古沢利武, 鵜沼英郎,劉闖, 藏崎正明, 中沖靖子, 藤澤 隆一, 阿部薫明, 滝田裕子 Rachel Sammons
  • Organizer: 第26回代用臓器再生研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学・医学部(札幌市)
  • Year and Date: 2014-03-01
• [Presentation] 幾何構造による骨組織誘導能を持つアテロコラーゲンコートβ-TCP 担体による骨形成能の評価 (2013)
  • Author(s): 八上公利、定岡直、久保木芳徳、小野寺純、松永未知男、木村満利子
  • Organizer: 第12回日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: 横浜市西区みなとみらい パシフィコ横浜(会議センター)
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] チタンとタンパク質の反応についてー その基礎と応用 (2013)
  • Author(s): 久保木 芳徳,古沢 利武, 佐藤 正明, 孫 永琨,鵜沼 英郎,滝田 裕子, 中沖 靖子, 藤澤 隆一, 阿部 薫明, 赤坂 司, 亘理 文夫, 小川 真吾, R. L. Sammons
  • Organizer: 生物物理学会北海道支部会
  • Place of Presentation: 北海道大学・理学部(札幌市)
  • Year and Date: 2013-03-05
• [Presentation] チタン製の人工骨・人工歯根が骨に結合する生化学的メカニズム (2013)
  • Author(s): 久保木 芳徳,古沢 利武, 佐藤 正明, 孫 永琨,鵜沼 英郎,滝田 裕子,藤澤 隆一, 阿部 薫明, 赤坂 司, 亘理 文夫, Rachel L. Sammons
  • Organizer: 第25回代用臓器・再生医学研究会
  • Place of Presentation: 社会医療法人北楡会 札幌北楡病院内(札幌市)
  • Year and Date: 2013-02-23
• [Presentation] 蛋白質とチタンの生化学的反応：インプラントの原理解明から出発する歯科医療体制の改革 (2013)
  • Author(s): 久保木芳徳
  • Organizer: バイオインテグレーション学会
  • Place of Presentation: 北海道大学 （札幌市）
  • Invited
• [Presentation] Interactions of Bone Phosphoproteins with Titanium: A New Hypothesis for the Mechanism of Titanium Implant Fixation , June 2-6, 2013| Wuhan, China (2013)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki, Toshitake Furusawa, Yongkun Sun
  • Organizer: International Congress on Biomedical Materials
  • Place of Presentation: Optics Valley Kingdom Plaza，武漢 （中国）
  • Invited
• [Presentation] 幾何構造による骨組織誘導能を持つアテロコラーゲンコートβ-TCP担体による骨形成能の評価 (2013)
  • Author(s): 八上公利、定岡直、久保木芳徳、小野寺純、松永未知男、木村満利子
  • Organizer: 第12回日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 会議センター （横浜市）
• [Presentation] Sammon Biochemical Mechanism of Binding between Titanium Implant and Bone : Interaction of Phosphoproteins on the Surface of Titanium (2012)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki, Toshitake Furusawa, Masaaki Satou, Sun Yongkun, Hiderou Unuma, Ryuichi Fujisawa, Shigeaki Abe, Tsukasa Akasaka, Fumio Watari, Hiroko Takaita and Rachel L
  • Organizer: 9^<th> World Biomaterials Congress
  • Place of Presentation: Pride International Convention Centre, Chengdu, China
  • Year and Date: 2012-06-02
• [Presentation] Biochemical Mechanism of Binding between Titanium Implant and Bone: Interaction of Phosphoproteins on the Surface of Titanium (2012)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki, Toshitake Furusawa, Masaaki Satou, Sun Yongkun, Hiderou Unuma, Ryuichi Fujisawa, Shigeaki Abe, Tsukasa Akasaka, Fumio Watari, Hiroko Takaita and Rachel L. Sammons
  • Organizer: 9th World Biomaterials Congress
  • Place of Presentation: 成都国際会議場（中国）
• [Presentation] チタン反応性タンパク質をクロマトグラフィーと質量分析によって血清中より検出し た (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳,古沢利武, 佐藤正明, 孫永昆,鵜沼英郎,阿部薫明
  • Organizer: 第9回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都市)
  • Year and Date: 2011-11-22
• [Presentation] タンパク質とチタンの反応 : インプラント定着の機構解明を目指して (2011)
  • Author(s): 久保木 芳徳,古沢 利武, 佐藤 正明, 孫 永?,鵜沼 英,滝田 裕子, 藤澤 隆一, 阿部 薫明, 赤坂 司, 亘理 文夫
  • Organizer: 北海道歯学会秋期例会
  • Place of Presentation: 北海道大学 歯学部講堂(札幌市)
  • Year and Date: 2011-11-19
• [Presentation] 反重力装置による骨芽細胞に対する重力効果の研究 (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳, 孫永昆, 滝田裕子, 賀来亨, 西村浩之, 菊地敦紀
  • Organizer: 第19回顎顔面バイオメカにクス学会
  • Place of Presentation: 大阪千里ライフサイエンスセンター(豊中市)
  • Year and Date: 2011-11-12
• [Presentation] 八上公利反重力装置の創製による骨芽細胞に対する重力効果の研究 (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳、孫永昆、滝田裕子、賀来亨、西村浩之、菊地敦紀、小川真吾
  • Organizer: 第29回日本骨代謝学会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場(大阪市)
  • Year and Date: 2011-07-28
• [Presentation] A serum protein that interacts with the surface of titanium was identified as b-casein precursor by chromatography and mass (2011)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki, Toshitake Furusawa, Masaaki Satou, Sun Yongkun, Hiderou Unuma, Shigeaki Abe, Tsukasa Akasaka, Fumio Watari, Hiroko Takita, Rachel Sammons
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Surface and Interface of Biomaterials (SIB2011)
  • Place of Presentation: 北海道大学国際交流会館(札幌市)
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] 最適空間を有する人工マトリックスに、新しい反重力装置を組み合わせた生体により近い3次元培養システムの構築 (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳、滝田裕子、賀来亨、西村浩之、八上公利、安孫子宜光
  • Organizer: 第53回歯科基礎医学会・学術大会
  • Place of Presentation: 日岐阜県長良川国際ホテル(岐阜市)
• [Presentation] 反重力装置の創製による骨芽細胞に対する重力効果の研究 (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳、孫永昆、滝田裕子、賀来亨、西村浩之、菊地敦紀、小川真吾、八上公利
  • Organizer: 第29回日本骨代謝学会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場（大阪市）
• [Presentation] 反重力装置による骨芽細胞に対する重力効果の研究 (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳, 孫永昆, 滝田裕子, 賀来亨,西村浩之, 菊地敦紀
  • Organizer: 第19回顎顔面バイオメカにクス学会
  • Place of Presentation: 大阪千里ライフサイエンスセンター（豊中市）
• [Presentation] チタン反応性タンパク質をクロマトグラフィーと質量分析によって血清中より検出した (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳，古沢利武, 佐藤正明, 孫永昆，鵜沼英郎，阿部薫明
  • Organizer: 第9回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都市）
• [Presentation] 最適空間を有する人工マトリックスに、新しい反重力装置を組み合わせた生体により近い3次元培養システムの構築 (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳、滝田裕子、賀来亨、西村浩之、八上公利、安孫子宜光
  • Organizer: 第５３回歯科基礎医学会・学術大会
  • Place of Presentation: 岐阜県長良川国際ホテル(岐阜市)
• [Presentation] タンパク質とチタンの反応： インプラント定着の機構解明を目指して (2011)
  • Author(s): 久保木芳徳，古沢利武, 佐藤正明, 孫永琨，鵜沼英郎，滝田裕子,
  • Organizer: 平成23年度北海道歯学会秋季学術大会
  • Place of Presentation: 北海道大学歯学部講堂（札幌市）
• [Presentation] A serum protein that interacts with the surface of titanium was identified as b-casein precursor by chromatography and mass (2011)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki,Toshitake Furusawa, Masaaki Satou, Sun Yongkun, Hiderou Unuma, Shigeaki Abe, Tsukasa Akasaka, Fumio Watari, Hiroko Takita, Rachel Sammons
  • Organizer: the 3rd International Symposium on Surface and Interface of Biomaterials (SIB2011),
  • Place of Presentation: 北海道大学国際交流会館（札幌市）
• [Presentation] 象牙質リンタンパクphosphophoryn(ホスホホリン)の新しい分離法と機能について
  • Author(s): 久保木芳徳, 中沖靖子, 佐野英彦, 藤沢隆一, 滝田裕子, 孫永昆, 古澤利武
  • Organizer: 北海道歯学会 2013-5-10
  • Place of Presentation: 北海道大学 （札幌市）
• [Presentation] チタン製３Dデバイスと反重力培養装置を用いたチタン結合蛋白質のin vitro活性検出
  • Author(s): 久保木 芳徳，古沢 利武, 鵜沼 英郎，中沖 靖子, 滝田 裕子, 藤澤 隆一, 阿部 薫明, 劉闖, 藏崎正明 Rachel Sammons
  • Organizer: 第26回代用臓器・再生医学研究会総会
  • Place of Presentation: 北大（札幌）
• [Presentation] チタンとタンパク質の反応についてー その基礎と応用
  • Author(s): 久保木 芳徳，古沢 利武, 佐藤 正明, 孫 永琨，鵜沼 英郎，滝田 裕子, 中沖 靖子,
  • Organizer: 生物物理学会北海道支部会
  • Place of Presentation: 北海道大学理学部講堂 （札幌市）
• [Presentation] タンパク質とチタンの反応： インプラント定着の機構解明を目指して
  • Author(s): 久保木 芳徳，古沢 利武, 佐藤 正明, 孫 永琨，鵜沼 英，滝田 裕子,
  • Organizer: 北海道歯学会秋期例会
  • Place of Presentation: 北海道大学 歯学部講堂 （札幌市）
• [Presentation] チタン製の人工骨・人工歯根が骨に結合する生化学的メカニズム
  • Author(s): 久保木 芳徳，古沢 利武, 佐藤 正明, 孫 永琨，鵜沼 英郎，滝田 裕子,藤澤 隆一, 阿部 薫明, 赤坂 司, 亘理 文夫, Rachel L. Sammons,
  • Organizer: 第25回代用臓器・再生医学研究会
  • Place of Presentation: 社会医療法人北楡会 札幌北楡病院会議室 （札幌市）
• [Book] チタンビーズ充填カラムクロマトグラフィーによるチタンとリン蛋白質との相互作用 - 骨中に埋植されたチタン表面と骨が結合する生化学的機構の解明 - (バイオマテリアル最新の進歩 (2014)
  • Author(s): 久保木芳徳、古澤利武、鵜沼英郎
  • Publisher: 金属学会 (印刷中)
• [Book] 生体に近い培養法 : 3次元環境と反重力刺激の融合(動物細胞の培養を成功させる条件集) (2014)
  • Author(s): 久保木芳徳、八上公利、小川真吾、滝田裕子、蔵崎正明
  • Total Pages: 584
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 生体に近い細胞培養法：3次元環境と反重力刺激の融合 （動物細胞の培養を成功させる条件集) (2014)
  • Author(s): 久保木芳徳、八上公利、小川真吾、滝田裕子、蔵崎正明
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] バイオマテリアル研究の最前線 (2014)
  • Author(s): 久保木芳徳、古澤利武、鵜沼英郎
  • Publisher: 日本金属学会
• [Book] Impact of carbon nanotubes upon protein chemistry. In Navam S. Hettiarachchy (Ed), Food Protein and Peptides (Chemistry, Functionality, Interactions, and Commercialization) (2012)
  • Author(s): Kuboki, Y., Fujisawa, R., Watari, F. and Sammons, L. R
  • Total Pages: 454
  • Publisher: CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, London, New York
• [Book] Food Protein and Peptides (Chemistry, Functionality, Interactions, and Commercialization) (2012)
  • Author(s): Kuboki, Y., Fujisawa, R., Watari, F. and Sammons, L. R.
  • Total Pages: 454
  • Publisher: CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, London, New York
• [Book] Impact of carbon nanotubes upon protein chemistry in FOOD PROTEINS AND PEPTIDES (2012)
  • Author(s): Kuboki, Y., Fujisawa, R., Watari, F. L. Sammons, R. L.
  • Publisher: Taylor & Francis Group
• [Patent(Industrial Property Rights)] チタンータンパク質複合体、生体インプラントおよび細胞培養機材 (2012)
  • Inventor(s): 久保木芳徳、古澤利武
  • Industrial Property Rights Holder: 久保木芳徳、古澤利武
  • Industrial Property Number: 2012-124582
  • Filing Date: 2012-05-31
• [Patent(Industrial Property Rights)] チタン－タンパク質複合体、生体インプラントおよび細胞培養基材 (2012)
  • Inventor(s): 久保木芳徳、古澤利武
  • Industrial Property Rights Holder: 久保木芳徳、古澤利武
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2012-124582
  • Filing Date: 2012-05-31