2018 Fiscal Year Annual Research Report
内皮細胞Primary ciliumの力学特性計測とメカノセンシング機構の解明
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18H03508
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大橋 俊朗 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30270812)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 血管内皮細胞 / Primary Cilium / 力学特性 / メカノセンシング機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞は周囲の力学環境に適応して形態および機能を変化させることが知られている．これは細胞が力学刺激を感知・伝達し生化学的信号に変換しているためである．細胞のメカノセンシング機構を理解することは，細胞そして組織の生理・病理に深く関わることから大変重要である．例えば，血管内皮細胞はアテローム性動脈硬化症の発生に深く関与していることが知られており，血流に対する力学応答の観点から盛んに研究が行われてきたがメカノセンシング機構の全容は明らかではない．内皮細胞のメカノセンサとして候補に挙げられている部位にPrimary cilium（一次繊毛）があるが，その力学特性および機能は十分に解明されていない．本研究課題では，これまで直接計測された例のないPrimary ciliumの力学特性を詳細に計測し，流れに対する内皮細胞のメカノセンサとしての同定を試みることを目的とする．
初年度は次の項目に取り組んだ．1. Primary Ciliumの単離，2. Primary ciliumの力学特性計測（マイクロフルイディクスデバイスの作製と曲げ試験，マイクロ引張試装置の作製と引張試験およびAFM押し込み試験）である．Primary Ciliumの単離においては，遠心分離法およびカバースリップを用いた単離技術に確立に成功した．Primary ciliumの力学特性計測として，マイクロフルイディクスデバイス技術では流路内においてPrimary ciliumの補足に困難が認められた．マイクロ引張試験装置の開発は順調に行うことができ，Primary ciliumのヤング率は数十kPaとの結果を得ることができた．また，AFM押し込み試験にも成功し，Primary ciliumの局所ヤング率を計測することができ，引張試験と同程度のヤング率を得た．
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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
前述したように，Primary Ciliumの単離技術の確立は順調である．単離技術の確立に加えてPrimary Ciliumを単離せずに細胞上で直接力学特性を計測するアプローチについても検討している．Primary ciliumの力学特性計測として，マイクロフルイディクスデバイスによる曲げ試験では，流路内にPrimary Ciliumを補足する要素技術の開発に困難を要しているのが現状である．しかしながら，マイクロ引張試験装置の開発は順調に行うことができ，Primary ciliumの引張試験に成功した他，AFM押し込み試験にも成功しているため初年度の研究進捗状況は概ね順調と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度確立したPrimary ciliumの単離技術を継続するとともに，Primary ciliumを単離することなく細胞表面に直立した状態で力学試験を行うことができないかについても並行して検討を進める．
Primary ciliumの力学特性計測として，マイクロフルイディクスデバイス作製と曲げ試験については，初年度はPrimary ciliumの補足方法について困難は認められたが，引き続き問題解決に当たりながらデバイス作製を継続する．マイクロ引張試試験において，初年度はマイクロ引張試験機を作製し，Primary ciliumの引張試験を行った．現在，実験データを蓄積しているところであり今年度も継続してデータ収集にを行う．また，引張速度を変えることで粘弾性特性の計測も検討する．AFM押し込み試験において，昨年度は現有のAFMを利用しPrimary ciliumに押し込みによる曲げ試験を行った．今年度はより詳細にPrimary ciliumの力学特性を把握するため，Primary ciliumの長さ方向に対して押し込み位置を変えることでより詳細な局所力学特性の計測を試みる．
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