2018 Fiscal Year Annual Research Report
Control of Dynamic Mechanical Environments for Cells for Regenerative Medicine
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16K06150
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
白石 俊彦 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (30361877)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 / 細胞 / 骨・軟骨 / 振動学 / 振動モード / 固有振動数 / モデル化 / 再生医療 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，細胞を知的構造システムとして捉えて，細胞がセンサ，コントローラ，アクチュエータを有すると考え，動的力学刺激が入力された場合の細胞の変形に応じた適応的応答を実験的に検証する．さらに，細胞に動的力学環境を与えることで，細胞の分化や3次元組織形成を制御し，再生医療への応用を検討する．
まず，提案計測システムにおいて，機械的振動下での細胞内小器官の移動および変形を蛍光顕微鏡下で測定可能かを検証するために，百ミクロンオーダの大きさのコイルばねと剛体球からなるばね質量系を作製し，その固有振動数および振動モードを測定して，両者とも測定可能であることを実証した．
次に，形状の異なる骨芽細胞および子宮癌細胞について，振動数12.5～100 Hz，加速度振幅0.25～1 Gにおいて，蛍光標識された細胞内小器官の移動および変形を高感度・高速度カメラにより可視化することにより，これらの振動数および加速度振幅依存性を検証した．その結果，本実験の振動条件および分解能の範囲内では，細胞内小器官の移動および変形の振動数および加速度振幅依存性は確認されなかった．
さらに，再生医療による治療が強く望まれる軟骨細胞について，振動数12.5～50 Hz，加速度振幅0.5 Gにおいて，特殊な足場を必要としない平面培養を行い，細胞数の測定，組織形成の観察，および軟骨特有の産生物の有無を検証した．その結果，軟骨細胞の数について，いずれの条件でも細胞増殖は確認されたが，振動の有無による違いは確認されなかった．軟骨の組織形成について，いずれの条件でも軟骨特有の産生物が確認された．0.5 G，12.5 Hzの振動条件では，3次元軟骨組織の厚さが振動なしのものに比べ約1.5倍に達することが確認された．
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