電気インピーダンス計測による生体内血管内皮細胞ナノメカニクス計測法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13558121
• Research Institution: Kawasaki College of Allied Health Professions
• Principal Investigator: 後藤 真己 川崎医療短期大学, 臨床工学科, 教授 (50148699)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 望月 精一 川崎医療短期大学, 臨床工学科, 助教授 (60259596) ; 平松 修 川崎医療短期大学, 臨床工学科, 講師 (50208849) ; 片岡 則之 川崎医療短期大学, 臨床工学科, 講師 (20250681) ; 梶谷 文彦 岡山大学, 大学院・医歯学総合研究科, 教授 (70029114) ; 小笠原 康夫 川崎医科大学, 医学部, 助教授 (10152365)
• Keywords: 電気インピーダンス計測 / 培養内皮細胞 / ずり応力 / 細胞間際 / 実時間解析

Research Abstract

本年度は、培養内皮細胞層の電気インピーダンス計測(ECIS)用の流れ負荷システムの改良を行い、流れ負荷時の培養内皮細胞の位相差顕微鏡観察による巨視的な挙動と、ECIS計測による微視的な挙動(ナノメーターオーダー)の関連性が検討出来るシステムの構築を行った。
ECIS計測用電極アレイ上の細胞を位相差顕微鏡で観察するためには、対物レンズ先端から電極アレイ表面までの距離が作動距離よりも短い数mmでなければならない。ところが電極アレイをロックインアンプに接続するコネクター自体の厚みが15mmほどあるため、コネクターの製作を行った。フローチャンバーは、同様に電極アレイ下に余分なスペースがでないように設置出来るものを作製した。
製作したフローシステムを用いてウシ大動脈由来内皮細胞に、大動脈の平均的な値である2Paのずり応力を負荷したところ、流れ負荷直後に急激にインピーダンスが上昇し、30分程度後にはほぼ基のレベルに低下し、さらに元のレベルよりも低い値にインピーダンスが低下した。ずり応力負荷直後の急激なインピーダンスの上昇には、数〜10数分の時間がかかっており、流路内の圧の上昇によって内皮細胞が基質面に押しつけられるという物理的な要因によるものではなく、流れに抗して内皮細胞が基質に接着し続けようとして焦点接着斑の再構築が起こった結果であると考えられる。その後に見られたインピーダンスの低下は、ずり応力負荷に反応して内皮細胞が形態変化をする過程と合致していた。ずり応力負荷10〜16時間後には、逆にインピーダンスが元の値よりも高くなった。この段階では、内皮細胞の形態変化がほぼ終了し、流れの方向に細長く伸長していた。この状態は、生体内においては血流が安定し、動脈硬化の非好発部位に観察されることから、内皮細胞が流れの方向に細長く伸長した状態では、内皮細胞のバリヤー機能も上昇していることがわかった。
現在さらに、円筒型電極アレイの作製を試みているが、技術的な問題点があり、その解決に努めている。

Research Products

• [Publications] Toyota E: "Dynamic changes in three-dimensional architecture and vascular volume of transmural coronary microvasculature between"Circulation. 105. 621-626 (2002)
• [Publications] Yada T: "Hydrogen peroxide, an endogenous endothelium-derived hyperpolarizing factor, plays an important role in coronary"Circulation. 107. 1040-1045 (2003)
• [Publications] Kataoka N: "Measurements of endothelial cell-to-cell and cell-to-substrate gaps and micro-mechanical properties of endothelial cells during monocytes adhesion"PNAS. 99(24). 15638-15643 (2002)