2015 Fiscal Year Annual Research Report
培養環境時空間制御による細胞組織自律形成制御技術の創出
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15H05512
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
萩原 将也 大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (00705056)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 自律形成制御 / パターン形成 / 気管支上皮細胞 / 微細加工 / マイクロ流体チップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の幹細胞，ES・iPS 細胞の発展は再生医療の可能性を大きく広げ，これまで既に皮膚や網膜など構造が比較的単純な細胞組織については体外で作製され臨床研究が進んでいる．一方で，体内の多くの組織は複雑で固有の形状を有しており，体外で細胞レベルから三次元構造体を作製することが非常に困難であり，この分野の発展に大きな障害となっている．細胞はコミュニケーションをとり，自身の位置を感知し移動・増殖を繰り返して組織全体として固有の形状を形成する能力を持っているため，複雑形状の組織を再生する為にはこれら細胞の活動を考慮した設計・制御が必要となってくる．そこで本研究では，培養環境を微細加工技術により制御することで，細胞の自律パターン形成を制御することを目的とする．
昨年度は培養初期条件をフォトリソグラフィーにより制御し，気管支上皮細胞集団を幾何形状に制御することにより，細胞集団が移動し分岐形状を形成する際の分岐位置および方向を制御することに成功した．これにより細胞集団が成長する方向を初期条件のみで意図的に誘導することが可能となった。さらにマイクロ流体チップを用いて特定の形態形成因子を培養空間において濃度勾配を作るよう外部入力することにより，細胞集団の移動方向を制御できることを反応拡散モデルによるシミュレーションにより確認した．今後はさらに濃度勾配をダイナミックに制御できる実験系を構築することにより，細胞集団形成を任意の複雑形状へと自律的に形成する手法を確立することを目指す．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
計画当初の予定では，初年度は気管支上皮の細胞集団が一方向に成長していく位置・方向を培養初期条件を制御することにより誘導することが目標であったが，これについては予定を上回る進捗で既に達成済みである．また，次年度からの計画であったマイクロ流体チップを用いたタンパク質濃度勾配制御に向けたシミュレーションを既に開始している．マイクロ流体チップにより作成する濃度勾配の条件を反応拡散モデル内に入れ込み済みであり，これによりどのような影響が細胞集団に発生するかというシミュレーションは構築済みである．
さらに本年度研究の福次効果として，三次元細胞培養プラットフォームの開発に成功した．本プラットフォームは三次元培養したサンプルを多面から観察を可能にするものであり，従来三次元組織再生に向けた研究おいてボトルネックでもあった三次元形状の計測にを非侵襲に行うことが可能であり，今後の三次元組織再生に向けて大きく貢献可能である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はマイクロ流体チップを用いて特定のタンパク質濃度勾配を外部入力により作成し，その中で気管支上皮細胞を培養することで細胞集団のパターン形成制御を目指す．
必要なタンパク質の候補は既に従来研究及び昨年度のシミュレーションから候補は上がっており，これらタンパク質をマイクロ流体チップ内で流しながら数日間の細胞培養を行っていく．
実験は解析が行いやすい1次元の濃度勾配を作成するマイクロ流体チップから始め，実験結果と反応拡散モデルによる細胞集団形成シミュレーションとのフィードバックを繰り返すことでシミュレーション精度を上げるとともに，濃度勾配が与える集団形成への影響を解析していく．1次元の濃度勾配が達成できた段階で，細胞集団をさらに複雑なパターン形状へと制御するために2次元濃度勾配による自律形成制御へと進めていく予定である．
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