2017 Fiscal Year Annual Research Report
Three-dimensional manipulation and control of neuronal networking by using environment of three-dimensional dynamic stimulations upon gel-embedded space
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15K13894
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
小沢田 正 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10143083)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | iPS細胞 / 分化・成長誘導制御 / 超小型３次元振動ステージ / ３次元ゲル包埋培養 / ３次元動的力学刺激 / 神経細胞 / ３次元ニューロンネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，iPS細胞を用いた再生治療に貢献するため，生きている培養細胞に対し誘導因子に加え，３次元の動的力学刺激を自在に付加し得る圧電駆動超小型３次元振動ステージを開発しゲル包埋培養法と合わせ，これまでとは全く異なる力学的原理に基づく３次元ニューロンネットワークの創生・誘導制御を可能とする革新的システムの実現をめざした。
本研究室で開発した圧電駆動超小型３次元振動ステージに対し，付加加速度および周波数帯域を大幅に拡張して利用できるよう最適化・改良を行った。新たに，１枚のステンレスはりを軸線方向にπ/2ねじり加工を行い立体ねじれカンチレバー状に加工した振動子に，直交２軸方向それぞれの変位が制御できるように２箇所に複数の圧電素子を接着し製作する手法を新たに考案した。この着想により，培養ディシュを面内にπ/2回転させることで培養細胞に実質的に３次元動的力学刺激を付加可能とした。
また，コラーゲン・ゲルの濃度の最適化を図ることにより「ゆるやか」かつ構造安定的な足場による神経細胞の３次元包埋培養法の確立を目指した。この包埋培養ディッシュを開発した超小型３次元振動ステージ上に設置し３次元的力学刺激を組織的に作用させることにより，ニューロンネットワークの３次元化を段階的に誘導する手法を開発した。
開発したシステムを用い，マウスおよびヒトiPS細胞からそれぞれ神経細胞への分化誘導効率，分化所要時間，分化細胞の健全性について検証を行った。さらにニューロンの３次元ネットワーク形成に関する基本的な挙動，すなわち神経突起の３次元的形成率，伸展成長率，指向性，分岐密度などの把握，計測を実施した結果，本手法の原理的有用性を確認した。なお動的力学刺激に関連する多数のパラメータ，すなわち方向，形態，変位量，周波数，インターバル，時間数などの影響の組織的計測・評価，最適化が今後の課題である。
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