３階層（分子・細胞・細胞集団）の力学環境をそれぞれ人為的制御する技術の開発と応用

• Project Area: From molecules, cells to organs : trans-hierarchical logic for higher-order pattern and structures
• Project/Area Number: 25127702
• 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: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 出口 真次 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30379713)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2014: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2013: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: メカノバイオロジー / 細胞バイオメカニクス / マイクロパターン / トラクションフォース / トラクションフォースマイクロスコピー / traction force

Outline of Annual Research Achievements

細胞の力学環境を人為的制御する技術開発に取り組む中で、細胞と細胞培養基板とが相互作用できる条件を見出した。通常、細胞培養基板は硬く、細胞の動きによって変形が起こることはないが、基板を柔らかく、かつ細胞による力を受けやすい物理的条件を整えることによって、光学顕微鏡によって検出が可能な微少な変形を基板側に起こすことができることがわかった。これにより、細胞が発生する微少な力をも検出できる可能性が示されたため、細胞内部の収縮力の発生源であるstress fiberや接着斑タンパク質のvinculinなどの動態と合わせたライブイメージングを行い、基板の微小変形との相関を調べた。その結果、細胞が発生する力の方向を、個々のstress fiberのレベルで測定できることがわかった。その定量解析のための手法も幾つか考案した。従来、細胞が発生する力が様々な機能を調節することが知られているために、力の役割に関する研究が盛んに行われているが、実際に力を測定したり可視化することができる工学的手法の開発は十分に達せられていなかった。本研究により、感度良く、また高い空間分解能で細胞収縮力をモニターできる技術の基礎が開発できた。かつ本方法は細胞の力学環境の人為的調節と同時に実施できることから、細胞の機能調節に果たす力の役割を調べるうえで有力となるものである。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Microcontact peeling as a new method for cell micropatterning (2014)
  • Author(s): Yokoyama, S., Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 9
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Contact guidance of smooth muscle cells is associated with tension-mediated adhesion maturation (2014)
  • Author(s): Saito, A.C., Matsui, T.S., Ohishi, T., Sato, M., Deguchi, S.
  • Journal Title: Experimental Cell Research Volume: 327 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2014.05.002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of motorized plasma lithography for cell patterning (2014)
  • Author(s): Shinji Deguchi, Youhei Nagasawa, Akira C. Saito, Tsubasa S. Matsui, Sho Yokoyama, Masaaki Sato
  • Journal Title: Biotechnology Letters Volume: 36 Issue: 3 Pages: 507-514
  • DOI: 10.1007/s10529-013-1391-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aligning cells in arbitrary directions on a membrane sheet using locally formed microwrinkles (2014)
  • Author(s): Akira C. Saito, Tsubasa S. Matsui, Masaaki Sato, Shinji Deguchi
  • Journal Title: Biotechnology Letters Volume: 36 Issue: 2 Pages: 391-396
  • DOI: 10.1007/s10529-013-1368-2
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Traction force microscopyについて (2015)
  • Author(s): 出口真次、横山奨、松井翼
  • Organizer: 第9回メカノセンシング研究会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡市）
  • Year and Date: 2015-03-10 – 2015-03-11
• [Presentation] 培養細胞の収縮力の可視化 (2015)
  • Author(s): 出口真次
  • Organizer: 第9回NIBBバイオイメージングフォーラム
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（岡崎市）
  • Year and Date: 2015-01-26 – 2015-01-27
  • Invited
• [Presentation] 細胞収縮力のアッセイ技術 (2015)
  • Author(s): 出口真次、横山奨、松井翼、加藤輝
  • Organizer: シンポジウム：細胞アッセイ技術の現状と将来
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2015-01-13
• [Presentation] コンフルエントな細胞における収縮力分布の可視化 (2014)
  • Author(s): 出口真次、横山奨、松井翼
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Force microscopy developed for screening studies on cultured cells (2014)
  • Author(s): Deguchi, S., Yokoyama, S., Matsui, T.S.
  • Organizer: The 62nd NIBB Conference, Force in Development
  • Place of Presentation: Okazaki Conference Center (Okazaki)
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-19
• [Presentation] A novel cell micropatterning technique to circumvent direct adsorption of proteins to PDMS (2014)
  • Author(s): Yokoyama, S., Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • Organizer: The 4th Japan–Switzerland Workshop on Biomechanics
  • Place of Presentation: Shima Kanko Hotel The Classic (Shima)
  • Year and Date: 2014-09-01 – 2014-09-04
• [Presentation] Force balance in mesenchymal cells revealed by new traction force microscopy (2014)
  • Author(s): Deguchi, S., Yokoyama, S., Matsui, T.S., Araki, T., Ohishi, T.
  • Organizer: The 4th Japan–Switzerland Workshop on Biomechanics
  • Place of Presentation: Shima Kanko Hotel The Classic (Shima)
  • Year and Date: 2014-09-01 – 2014-09-04
• [Presentation] 細胞が発生するTraction forceの簡易な可視化 (2014)
  • Author(s): 出口真次、横山奨、松井翼、荒木智彦、大石泰己
  • Organizer: 第66回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂（奈良市）
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [Presentation] An alternative method for traction force microscopy (2014)
  • Author(s): Deguchi, S., Yokoyama, S., Matsui, T.S., Araki, T., Ohishi, T.
  • Organizer: International Symposium on Mechanobiology 2014
  • Place of Presentation: Okayama University (Okayama)
  • Year and Date: 2014-05-20 – 2014-05-23
• [Presentation] Development of a new technique for cell micropatterning (2014)
  • Author(s): Yokoyama, S., Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • Organizer: International Symposium on Mechanobiology 2014
  • Place of Presentation: Okayama University (Okayama)
  • Year and Date: 2014-05-20 – 2014-05-23
• [Presentation] A new micropatterning for the study of cellular morphogenesis (2014)
  • Author(s): Deguchi, S., Matsui, T.S.
  • Organizer: 2014 CMBE Conference
  • Place of Presentation: 米国、サンディエゴ、Hilton La Jolla
• [Presentation] ストレスファイバーの構造と機能の理解を目指した成分解析 (2014)
  • Author(s): 松井翼、佐藤正明、出口真次
  • Organizer: 第26回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台市）
• [Presentation] 力方向依存的なストレスファイバー脱重合のメカニズムに関する研究 (2014)
  • Author(s): 黄文敬、松井翼、佐藤正明、出口真次
  • Organizer: 第26回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 第26回バイオエンジニアリング講演会
• [Presentation] 新しい細胞マイクロパターニング技術開発の取り組み (2014)
  • Author(s): 横山奨、松井翼、出口真次
  • Organizer: 第26回バイオエンジニアリング講演会
  • Place of Presentation: 第26回バイオエンジニアリング講演会
• [Presentation] 細胞による力の感知と応答の意義について：ストレスファイバーの役割を中心に (2014)
  • Author(s): 出口真次
  • Organizer: 第4回高度物理刺激と生体応答に関する研究分科会
  • Place of Presentation: 大阪大学（豊中市）
  • Invited
• [Presentation] メカノバイオロジー研究の裾野拡大につながる技術開発の取り組み (2014)
  • Author(s): 出口真次
  • Organizer: 生体機能の解明とその応用に関する研究会・第38回研究会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学（名古屋市）
  • Invited
• [Presentation] 新しいtraction force microscopyの開発 (2014)
  • Author(s): 出口真次
  • Organizer: 第8回メカノセンシング研究会
  • Place of Presentation: 理研CDB（神戸市）
• [Presentation] 細胞のマクロ形態とナノ構造の力学的制御 (2013)
  • Author(s): 出口真次、松井翼、斉藤明、佐藤正明
  • Organizer: 第36回バイオレオロジー学会
  • Place of Presentation: 九州大学西新プラザ（福岡市）
• [Presentation] Subcellular localization of focal adhesion proteins are determined by traction stress-dependent positive regulation (2013)
  • Author(s): Deguchi, S., Matsui, T.S., Saito, A.C., Sato, M.
  • Organizer: 7th Asian Pacific Conference on Biomechanics
  • Place of Presentation: 韓国、ソウル、Korea Institute of Science and Technology
• [Presentation] Functional extraction of actin stress fibers for contractile force measurements in vitro (2013)
  • Author(s): Matsui, T.S., Sato, M., Deguchi, S.
  • Organizer: 7th Asian Pacific Conference on Biomechanics
  • Place of Presentation: 韓国、ソウル、Korea Institute of Science and Technology
• [Remarks] 名古屋工業大学・出口研究室
  • URL: http://mbl.web.nitech.ac.jp/index.html
• [Remarks] 名古屋工業大学・出口研
  • URL: http://mbl.web.nitech.ac.jp/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 触物体が発生する力の計測方法およびこれを用いたスクリーニング方法 (2014)
  • Inventor(s): 出口真次、横山奨、松井翼
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋工業大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-169119
  • Filing Date: 2014-08-20
• [Patent(Industrial Property Rights)] 接触物体が発生する力を可視化および／または定量化するための表面改質方法およびこれを用いたスクリーニング方法、ならびにこれら方法に用いるキット (2014)
  • Inventor(s): 出口真次、横山奨、松井翼
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋工業大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-245641
  • Filing Date: 2014-12-04
• [Patent(Industrial Property Rights)] 接触物体が発生する力の計測方法およびこれを用いたスクリーニング方法 (2013)
  • Inventor(s): 出口真次、横山奨、松井翼
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋工業大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2013-12-27