Multi-Cellular Tissues as a Platform for Aquatic Functional Materials

Publicly Offered Research

Project Area	Aquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions
Project/Area Number	20H05199
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	今井正幸東北大学, 理学研究科, 教授 (60251485)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords	多細胞型膜組織 / マイクロ流路デバイス / 形態制御
Outline of Research at the Start	多細胞生物では、細胞を取り囲む細胞膜が様々な機能性分子タンパク質を局在化させ、かつ自由に機能発現させる環境を与えるだけでなく、細胞膜が集団として組織を作ることにより、さらに高次の力学特性や物性を与えている。このように、水圏機能材料の創成には、機能性分子が活動するプラットフォームの存在が重要である。本研究では、細胞膜が作る組織構造を模した多細胞型膜組織をリン脂質分子からなるベシクルを用いて構築するための基本原理を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	ベシクルから多細胞型組織構造を構築するための基本原理を次の３つのステップで進めてきた。１）２次元多細胞型膜組織構造を構築するための技術開発：モデル多細胞組織を形成するには、初期状態として大きさの揃ったベシクルを少なくとも１０～２０個用意し、それらを平面状に整列させる必要がある。ベシクルを作る膜分子としては、温度で膜面積を変化させることができるように熱膨張係数の大きい飽和リン脂質(1,2-dimyristoyl-snglycero-3-phosphocholine: DMPC) を用いた。静置水和法により作製したベシクルはサイズ分布が不均一であるため、このベシクル分散液からサイズ選別する決定論的横置置換法を利用したマイクロ流路を用いて一定のサイズを持つベシクルだけを抽出し、２次元的に集積するデバイスの作製を行った。その結果、４０個以上の大きさの揃ったベシクルを２次元状に整列させることに成功した。２）２次元多細胞型膜組織の構造の制御：上記デバイスで作製したベシクルをベースにした２次元組織構造を制御させるには、接着力・表面張力・換算体積を変化させることが有効である。上記デバイスで２次元状に整列させたモデル多細胞組織のベシクル間の膜間相互作用を変調してベシクルを接着させた上で、温度変化により面積体積比を変化させ、モデル組織の構造変化を引き起こすことに成功した。３）２次元多細胞型膜組織構造のシミュレーション手法の確立：ベシクル一つ一つに接着力・表面張力・換算体積を与えて、弾性エネルギー・表面エネルギー・接着エネルギーからなる全エネルギーを最小化する組織構造のシミュレーションスキームを確立した。この計算結果と実験結果を比較検討することにより、２次元多細胞型膜組織の構造の制御する方法を確立できた。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。