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細胞環境の動的制御手法の確立と3次元細胞システム構築への展開

Publicly Offered Research

Project AreaHyper Bio Assembler for 3D Celluler Innovation
Project/Area Number 24106505
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

吉川 洋史  埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50551173)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords生物物理 / 国際情報交換・ドイツ / バイオテクノロジー / 細胞・組織 / ソフトマター / 応用光学・量子光学
Research Abstract

本年度は、機能性ハイドロゲルによる細胞外環境モデルと、先端的光学法による細胞力学応答評価システムを用いて、3次元細胞システムの構築を制御する外部環境因子を解明することを目指した。
まず組織形成のファーストステップである細胞接着が細胞外環境の硬さにどのように影響されるかを調べた。具体的には、筋芽細胞とゼラチン基板間の接着力をレーザー圧力波法により評価したところ、ある基板ヤング率(約10 kPa)付近で、接着力が非線形的に増大することがわかった。興味深いことに、筋芽細胞は基板硬さが約10 kPaで効率よく筋肉状組織を形成することが知られており(Engler et al., J. Cell Biol. 2004)、この結果は組織形成に最適な細胞-外部環境間相互作用に関する基礎的知見になると考えられる。また上記以外にも細胞-ゲル間の接着領域を定量観察可能な光干渉法の開発にも成功した。これら成果はJournal of Physical Chemistryなどに原著論文として発表した。
また横浜市立大学の武部准教授と領域内連携により、間葉系幹細胞と血管内皮細胞の共培養系における3次元細胞集合体形成と外部環境メカニクスとの相関解明に挑んだ。硬さの制御が可能なゲル基板を作製して実験を行ったところ、立体的な集合体形成がある範囲のヤング率のゲルでのみ誘起されることを見出した。さらに、この細胞集合過程を蛍光像観察したところ、最適なゲル上では細胞の運動速度や集団運動性が顕著に増大していることがわかった。これら結果は、外部環境の硬さが臓器形成における重要因子の一つであることを示している。これらの成果は再生医療学会などで学会発表を行い、現在論文投稿中である。また武部准教授とは再生軟骨の力学特性評価に関する共同研究も推し進め、その成果はStem Cellsに論文発表した。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Reconstruction of Joint Hyaline Cartilage by Autologous Progenitor Cell s Derived from Ear Elastic Cartilage2014

    • Author(s)
      M. Mizuno, S. Kobayashi, T. Takebe, H. Kan, Y. Yabuki, T. Matsuzaki, H. Y. Yoshikawa, S. Nakabayashi, L. J. Ik, J. Maegawa, H. Taniguchi
    • Journal Title

      Stem Cells

      Volume: 32 Issue: 3 Pages: 816-821

    • DOI

      10.1002/stem.1529

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High Contrast Visualization of Cell-Hydrogel Contact by Advanced Interferometric Optical Microscopy2014

    • Author(s)
      T. Matszuaki, G. Sazaki, M. Suganuma, T. Watanabe, T. Yamazaki, M. Tanaka, S. Nakabayashi, H. Y. Yoshikawa
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry letter

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 253-257

    • DOI

      10.1021/jz402463u

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Laser ablation for protein crystal nucleation and seeding2014

    • Author(s)
      H.Y.Yoshikawa, R.Murai, H.Adachi, S.Sugiyama, M.Maruyama, Y.Takahashi, K.Takano, H.Matsumura, T.Inoue, S.Murakami, H.Masuhara, and Y.Mori
    • Journal Title

      Chemical Society Reviews

      Volume: Vol.43, No.7 Issue: 7 Pages: 2147-2158

    • DOI

      10.1039/c3cs60226e

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Morphology and Adhesion Strength of Myoblast Cells on Photocurable Gelatin under Native and Non-native Micromechanical Environments2013

    • Author(s)
      H. Y. Yoshikawa, T. Kawano, T. Matsuda, S. Kidoaki, M. Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 117 Issue: 15 Pages: 4081-4088

    • DOI

      10.1021/jp4008224

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      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Gel−Solution Interface on Femtosecond Laser-Induced Nucleation of Protein2013

    • Author(s)
      S.Nakayama, H.Y.Yoshikawa, R.Murai, M.Kurata, M.Maruyama, S.Sugiyama, Y.Aoki, Y.Takahashi, M.Yoshimura, S.Nakabayashi, H.Adachi, H.Matsumura, T.Inoue, K.Takano, S.Murakami, and Y.Mori
    • Journal Title

      CRYSTAL GROWTH & DESIGN

      Volume: Vol.13, Issue 4 Issue: 4 Pages: 1491-1496

    • DOI

      10.1021/cg301618h

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Magnetic field induced hopping among Arnold entrainment tongues of coupled iron electrochemical oscillators2013

    • Author(s)
      Koyama, H (Koyama, Hiroaki)[ 1 ] ; Nakao, H (Nakao, Hirofumi)[ 1 ] ; Yoshikawa, HY (Yoshikawa, Hiroshi Y.)[ 1 ] ; Nakabayashi, S (Nakabayashi, Seiichiro)[ 1 ]
    • Journal Title

      CHEMICAL PHYSICS LETTERS

      Volume: 555 Pages: 268-273

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2012.10.074

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative Evaluation of Adhesion of Osteosarcoma Cells to Hydrophobic Polymer Substrate with Tunable Elasticity2012

    • Author(s)
      Hiroshi Y. Yoshikawa, Jing Cui, Karl Kratz, Takahisa Matsuzaki, Seiichiro Nakabayashi, Astrid Marx, Urlike Engel, Andreas Lendlein, and Motomu Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 116 Issue: 28 Pages: 8024-8030

    • DOI

      10.1021/jp212385p

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spatially precise, soft microseeding of single protein crystalsby femtosecond laser ablation2012

    • Author(s)
      Hiroshi Yoshikawa
    • Journal Title

      Cryst. Growth Des.,

      Volume: 12(9) Issue: 9 Pages: 4334-4339

    • DOI

      10.1021/cg300018t

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of a forced solution flow on the step advancement on {110} faces of tetragonal lysozyme crystals : direct visualization of individual steps under a forced solution flow2012

    • Author(s)
      M.Maruyama, H.Kawahara, G.Sazaki, S.Maki, Y.Takahashi, H.Y.Yoshikawa, S.Sugiyama, H.Adachi, K.Takano, H.Matsumura, T.Inoue, S.Murakami, and Y.Mori
    • Journal Title

      Crystal Growth & Design

      Volume: Vol.12, Issue 6 Issue: 6 Pages: 2856-2863

    • DOI

      10.1021/cg300025b

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 臓器原基創出法を活用した多細胞系からなる複雑な立体組織の人為的構成2014

    • Author(s)
      武部貴則、吉川洋史、谷口英樹
    • Organizer
      第13回日本再生医療学会総会
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館、京都府
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロパターン上への細胞接着過程のタイムラプス解析 -緑茶カテキンを含む培養液中でのがん細胞と正常細胞の比較-2014

    • Author(s)
      坂本留実,益田顕太朗,柿沼瑛介,伊藤耕作,池滝健太郎,松崎賢寿,吉川洋史,中林誠一郎,山本英明,佐藤裕子,谷井孝至
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学相模原キャンパス、神奈川県
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 自己耳介由来軟骨前駆細胞を用いた関節軟骨再構築2013

    • Author(s)
      水野満, 小林眞司, 武部貴則(A03班公募), 鈴木啓, 村田駿介, 矢吹雄一郎, 安村和則, 松崎賢寿, 吉川洋史, 中林誠一郎, 前川二郎, 谷口英樹
    • Organizer
      第12回日本再生医療学会総会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2013-03-21
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] High contrast visualization of cell-hydrogel contact by advanced interferometric optical microscopy2013

    • Author(s)
      T. Matsuzaki, G. Sazaki, M. Suganuma, T. Watanabe, M. Tanaka, S. Nakabayashi, H. Yoshikawa
    • Organizer
      The 4th Physics of Cancer symposium
    • Place of Presentation
      University of Leipzig, Germany
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 光干渉法を用いた細胞-ハイドロゲル間接着の定量評価2013

    • Author(s)
      松崎 賢寿、佐崎 元、菅沼 雅美、渡邊 達郎、山崎 喬、下川 裕子、Tanaka Motomu、中林 誠一郎、吉川 洋史
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館、京都府
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 光干渉法を用いたがん細胞-有機シラン単分子膜間接着の定量評価2013

    • Author(s)
      伊藤 耕作、松崎 賢寿、柿沼 瑛介、益田 顕太朗、坂本 留実、菅沼雅美、中林 誠一郎 谷井 孝至、吉川 洋史
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学 京田辺キャンパス、京都府
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機シラン単分子膜パターン基板を用いた癌細胞の接着能評価2013

    • Author(s)
      柿沼 瑛介、益田 顕太朗、坂本 留実、伊藤 耕作、松崎 賢寿、吉川 洋史、中林 誠一郎、山本 英明、佐藤 裕子、品田 賢宏、谷井 孝至
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学 京田辺キャンパス、京都府
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Quantitative evaluation of cancer cell adhesion to organosilane monolayer by reflection interference contrast microscopy2013

    • Author(s)
      K. Ito, E. Kakinuma, K. Masuda, T. Matsuzaki, M. Suganuma, M. Tanaka, S. Nakabayashi, T. Tani, H. Yoshikawa
    • Organizer
      The 4th Physics of Cancer symposium
    • Place of Presentation
      University of Leipzig, Germany
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Green-tea catechin alters the adhesion state in cancer cells, but not in normal cells2013

    • Author(s)
      K. Masuda, E. Kakinuma, R. Sakamoto, K. Ito, K. Iketaki, T. Matsuzaki, H. Yoshikawa, S. Nakabayashi, H. Yamamoto, H. T. Chi, Y. Sato, T. Tanii
    • Organizer
      第5回国際O-CHA学術会議 (ICOS 2013)
    • Place of Presentation
      グランシップ、静岡
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Suppressive effect of epigallocatechin gallate on adhesion of metastatic cancer cells studied by reflection interference contrast microscopy measurement of micropatterned cells2013

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      R. Sakamoto, K. Masuda, E. Kakinuma, K. Ito, K. Iketaki, T. Matsuzaki, H. Yoshikawa, S. Nakabayashi, H. Yamamoto, Y., T. Tanii
    • Organizer
      第5回国際O-CHA学術会議 (ICOS 2013)
    • Place of Presentation
      グランシップ、静岡
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  • [Presentation] Visualization of Cell-Hydrogel Interfaces by Advanced Interferometric Optical Microscopy2012

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      T. Matsuzaki, M. Suganuma, T. Watanabe, G. Sazaki, M. Tanaka, S. Nakabayashi, H. Y. Yoshikawa
    • Organizer
      9th International symposium Gelsympo 2012
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2012-10-09
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞メカノセンシングの定量評価に向けたin vitro実験プラットフォームの開発2012

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      松崎賢寿, M. Tanaka, S. P. Armes, K. Kratz, A. Lendelein, 日台智明, 中林誠一郎, 吉川洋史
    • Organizer
      超高速バイオアゼンブラ 第1回若手研究者シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都大学iPS細胞研究所(CiRA)
    • Year and Date
      2012-07-05
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  • [Presentation] 光技術による細胞接着の定量評価

    • Author(s)
      吉川洋史
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      バイオアセンブラ第5回シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 先端技術研究センター ENEOSホール、東京都
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    • Invited
  • [Presentation] 光干渉を用いた細胞-ハイドロゲル界面可視化法の開発

    • Author(s)
      松崎賢寿, 菅沼雅美, 渡辺達郎, 佐崎元, Motomu Tanaka, 中林誠一郎, 吉川洋史
    • Organizer
      バイオアセンブラ第2回若手シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 生産技術研究所 コンベンションホール、東京都
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  • [Presentation] 細胞外環境モデルの構築と細胞力学応答の評価

    • Author(s)
      山崎喬, 松崎賢寿, 菅沼雅美, Motomu Tanaka, 中林誠一郎, 吉川洋史
    • Organizer
      バイオアセンブラ第2回若手シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 生産技術研究所 コンベンションホール、東京都
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  • [Presentation] 3次元細胞システム構築に資する細胞外環境因子の解明

    • Author(s)
      吉川洋史
    • Organizer
      バイオアセンブラ第6回シンポジウム
    • Place of Presentation
      東北大学 片平さくらホール(片平キャンパス)、宮城県
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      2013 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 自己組織化用細胞集合体の作製方法2014

    • Inventor(s)
      武部貴則、谷口英樹、吉川洋史
    • Industrial Property Rights Holder
      武部貴則、谷口英樹、吉川洋史
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2014-037341
    • Filing Date
      2014-02-27
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      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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