ピエゾマイクロ3次元振動デバイスによる生細胞核内ストレス分布の無侵襲評価法

• Project Area: The physicochemical field for genetic activities
• Project/Area Number: 21114504
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 小沢田 正 山形大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (10143083)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2010: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2009: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: マイクロデバイス / 細胞核 / 力学刺激 / ストレス分布 / 細胞構造解析 / 核異方性計測 / マイクロ多段触覚プローブ / 360度細胞内部ストレス分布評価 / マイクロデバィス

Research Abstract

1.マイクロ振動センサー・3次元アクチュエータ複合デバイスシステムの構築:ピエゾ素子を利用した微小振動子とこれに付随するマイクロ多段触覚プローブから成るシンプルな構造であるセンサーおよび立体Z型カンチレバー状に加工した振動子に,直交3軸方向それぞれの変位が制御できるように複数のピエゾ素子を装着した3次元アクチュエータを開発する。両者を高精度マイクロマニピュレータ・倒立型位相差蛍光顕微鏡に組み込むことによりシステム構築を行った。
2.骨芽細胞核の内部ストレス応答分布評価:接着細胞である骨芽細胞表面に対する圧縮,せん断,振動などの力学刺激付加とその応答の360度細胞内部ストレス分布評価を行うと共に,蛍光観察を用いた細胞核内部構造の観測結果との比較検証を行った。
3.骨芽細胞核の内部力学状態計測システムの確立:上記評価システムを用い,骨芽細胞核内の「ストレス(応力)」,「やわらかさ」など内部力学状態関連パラメータの同定を行い,核内力学特性のマッピング表示を試みた。細胞核内部の力学的不均質性を本システムによって検出可能であることを確認した。核内構造体のなかでも,特に核小体が位置する付近において力学的コンプライアンスが他所より高い傾向にあるという新たな知見を得た。

Research Products

• [Journal Article] Dynamic actuation and sensing micro-device for mechanical response of cultured adhesive cells (2010)
  • Author(s): K.Konno, T.Kosawada, M.Suzuki T.Nakamura, Z.Feng, Y.Hozumi, K.Goto
  • Journal Title: Microsystem Technologies Volume: 16-6 Pages: 993-1000
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Viscoelastic characteristics of contracted collagen gels populated with rat fibroblasts or cardiomyocytes (2010)
  • Author(s): Z.Feng, D.Seya, T.Kitajima, T.Kosawada, T.Nakamura, M.Umezu
  • Journal Title: Journal of Artificial Organs Volume: 13-3 Pages: 139-144
  • NAID: 10030807761
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-dimensional Micro Vibration Stage and Its Application to Cell Culture (2010)
  • Author(s): K.KONNO, T.KOSAWADA, R.SATO, Z.Feng, Y.HOZUMI, K.GOTO
  • Journal Title: World Congress of Biomechanics 2010, IFMBE Proceedings Volume: 31 Pages: 1409-1412
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Piezoelectric Micro Probe Device for Mechanical Stimulation and Its Detection for Living Cells (2010)
  • Author(s): K.KONNO, T.KOSAWADA, T.NAKAMURA, Z.Feng
  • Journal Title: World Congress of Biomechanics 2010, IFMBE Proceedings Volume: 31 Pages: 1413-1416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic actuation and sensing micro-device for mechanical response of cultured adhesive cells (2010)
  • Author(s): K.Konno, T.Kosawada, M.Suzuki T.Nakamura, Z.Feng, Y.Hozumi, K.Goto
  • Journal Title: Microsystem Technologies Vol.16, No.6 Pages: 993-1000
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Active manipulation and recovery assisting system for damaged cells and tissues by the aid of three-dimensional micro dynamic stimulations (2009)
  • Author(s): 小沢田正
  • Journal Title: Research Papers of The Suzuken Memorial Foundation Vol.26 Pages: 91-98
• [Journal Article] 圧電マイクロ3次元振動デバイスによる生体細胞の内部ストレス計測と損傷治療法 (2009)
  • Author(s): 小沢田正, 中村孝夫, 後藤薫, 馮忠剛
  • Journal Title: Nakatani Foundation of Electronic Measuring Technology Advancement Annual Report Vol.23 Pages: 30-41
• [Journal Article] 骨芽細胞のストレスファイバー制御と動的力学刺激の影響評価 (2009)
  • Author(s): 中村健, 鈴木雅人, 今野健一, 馮忠剛, 小沢田正
  • Journal Title: Dynamics and Design Conference 2009論文集 No.237(CD-ROM) Pages: 6-6
• [Journal Article] 3次元振動ステージによる細胞培養コントロールデバイスの開発 (2009)
  • Author(s): 佐藤亮太, 今野健一, 小沢田正, 後藤薫
  • Journal Title: Dynamics and Design Conference 2009論文集 No.238(CD-ROM) Pages: 6-6
• [Journal Article] 細胞骨格構造の制御と動的力学刺激に対する応答評価 (2009)
  • Author(s): 中村健, 鈴木雅人, 今野健一, 馮忠剛, 小沢田正
  • Journal Title: 日本機械学会年次大会2009論文集 No.09-1 Pages: 203-204
• [Journal Article] 3次元振動ステージを用いた培養細胞への力学刺激付加システム (2009)
  • Author(s): 今野健一, 佐藤亮太, 小沢田正, 後藤薫
  • Journal Title: 日本機械学会年次大会2009論文集 No.09-1 Pages: 13-14
• [Presentation] iPS細胞の分化過程における力学特性の評価 (2010)
  • Author(s): 会田和広, 今野健一, 小沢田正, 馮忠剛, 他2名
  • Organizer: Dynamics and Design Conference 2010
  • Place of Presentation: 京田辺市,同志社大学
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] 超小型3次元振動ステージの開発と細胞培養への応用 (2010)
  • Author(s): 市田徹, 今野健一, 小沢田正, 馮忠剛, 後藤薫, 他3名
  • Organizer: Dynamics and Design Conference 2010
  • Place of Presentation: 京田辺市,同志社大学
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] 細胞内膜動輸送における小胞の変形シミュレーション (2010)
  • Author(s): 石澤尚大, 小沢田正
  • Organizer: 日本シミュレーション学会大会
  • Place of Presentation: 米沢市,山形大学
  • Year and Date: 2010-06-20
• [Presentation] 血管内皮細胞貫通チャネルの形成解析及びチャネルを介した物質輸送シミュレーション (2010)
  • Author(s): 石澤尚大, 小沢田正, 五代聡也
  • Organizer: 日本シミュレーション学会大会
  • Place of Presentation: 米沢市,山形大学
  • Year and Date: 2010-06-20
• [Remarks]
  • URL: http://kosawada_lab.yz.yamagata-u.ac.jp
• [Remarks]
  • URL: http://kosawada_lab.yz.yamagata-u.ac.jp