2016 Fiscal Year Research-status Report
培養基質の膨潤力を活用した空間自由度の高い細胞力学刺激法の開発
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16K12868
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
吉川 洋史 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50551173)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉浦 慎治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 創薬基盤研究部門, 研究員 (10399496)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 細胞・組織 / バイオマテリアル / ハイドロゲル / 細胞力学 / アクチュエーター / 力計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、膨潤力を有するゲル材料を駆使して、空間自由度の高い細胞力学刺激法を開発することである。本年度は、①光分解性ゲルと②微小管ゲル、２種類の細胞培養基板を構築した。①については、分担者である杉浦慎治博士（産総研）らが開発した光開裂性架橋剤を用いて、生体材料をベースとした光分解性ゲル基板を作製した。既に予備的知見として、本ゲル基板に紫外線を照射すると、ゲル中で蓄積した膨潤力が解放され、ゲルが大きく変形することを見出している。そこで、このゲル変形の最適条件（溶液、光照射、架橋濃度など）を検討したところ、最大でマイクロニュートンレベルの力が発生することがわかった。次に、本ゲル基板により細胞に力学刺激を与えたところ、細胞の突起構造に顕著な変化が表れることがわかった。また、②については、埼玉大学の川村隆三博士との共同研究により、化学エネルギーで変形する微小管ゲル基板を構築した。本ゲル基板を、Caged ATPを含む溶液中に浸漬したところ、光照射をトリガーとしてゲル基板の変形を誘導できることがわかった（論文発表済み）。①と②の手法では、発生可能な力学刺激の時空間パターンに大きな違いがあり、今後それぞれを相補的に使いつつ、様々な細胞の力学応答を調べていく予定である。
また、将来的に本研究課題を大きく推進しうる研究成果として、フェムト秒レーザーによるタンパク質結晶加工に関する成果をNature Photonics誌にて発表した。フェムト秒レーザーを用いると、多光子吸収により、溶液中において精密な３次元加工が可能である。現時点では、①②のゲル基板の変形には紫外線ランプ光源を使用しているが、その代わりにフェムト秒レーザーを用いることで、より複雑な時空間パターンの力学刺激を実現できる可能性があり、本研究課題をより発展させるための基礎技術として重要であると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、平成28年度は本研究課題の基礎となる光応答性の細胞培養基板を構築することに成功した。さらに、基板変形の最適条件や定量化にも成功しており、次年度以降の研究計画に向けておおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまでに構築したゲル基板を用いて、様々な時空間パターンの力学刺激に対する細胞の応答を調べる。特に、異方性を有するパターンについて重点的に実験を行い、従来のアクチュエーターを用いる方法では誘導されない細胞応答が表れるかどうかについて調べる。
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| Causes of Carryover |
当初はより多くの光学分品の購入を計画していたが、最適化により見込みより安く光学系を構築できたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究計画をより大きく推進するための光学部品・試薬・計測機器などに使用する予定である。
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[Journal Article] Promotion of protein crystal growth by actively switching crystal growth mode via femtosecond laser ablation2016
Author(s)
Yusuke Tominaga, Mihoko Maruyama, Masashi Yoshimura, Haruhiko Koizumi, Masaru Tachibana, Shigeru Sugiyama, Hiroaki Adachi, Katsuo Tsukamoto, Hiroyoshi Matsumura, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Hiroshi Y. Yoshikawa, Yusuke Mori
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Journal Title
Nature Photonics
Volume: 10
Pages: 723-726
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Promotion of Protein Crystal Growth by Spatiotemporally Switching Crystal Growth Mode via Femtosecond Laser Ablation2016
Author(s)
Hiroshi Yoshikawa, Yusuke Tominaga, Mihoko Maruyama, Masashi Yoshimura, Shigeru Sugiyama, Hiroaki Adachi, Katsuo Tsukamoto, Hiroyoshi Matsumura, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori
Organizer
The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
Place of Presentation
名古屋国際会議場，愛知県名古屋市
Year and Date
2016-08-07 – 2016-08-12
Int'l Joint Research
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