2018 Fiscal Year Annual Research Report
Morphogenesis-based manufacturing: Construction of optimal structures utilizing mechanical adaptation phenomena
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18H03752
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松本 健郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30209639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 英次郎 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20581614)
村瀬 晃平 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80298934)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / 形態形成 / 力学的適応 / ものづくり / 骨 / FRET |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ａ．組織に作用する力の分布を細胞レベルで明らかにする手法の開発：我々が開発したFRET型張力センサの遺伝子を電気パルスで培養細胞内に導入し，細胞内部の張力変化を見積もることができるようになってきている．これを一般の血管組織に応用することを目指し，１）小型の組織を使用する，２）組織に引張を加えた状態で導入する，３）超音波を負荷した状態で導入する，等の方法を試したが，遺伝子を発現する細胞は１画面あたりせいぜい数ケ，しかも組織表面に限られており，現状では組織内の応力分布を調べる方法として使えるものにはなっていない．来年度は，コラゲナーゼ，エラスターゼなど組織を溶かす酵素を少しだけ使用して導入する方法を試す．
Ｂ．幼若骨組織の力学負荷下培養系の確立と最適構造の自発創生：孵化直後の鶏雛の幼若脛骨組織の薄切片を顕微鏡下で見ながら力学負荷をかける系の試作に成功し，無負荷状態の試料が体内の正常組織と同様の速度で石灰化していくことを確認した．
Ｃ．珪藻の形態形成に及ぼす力学刺激の影響の検討：これまでに細長い筒状の被殻を有する珪藻であるAulacoseiraに３点曲げを加えつつ培養する系を確立したので，今度は４点曲げを加えられるPDMS基板の試作を試みた．３点曲げ装置同様にフォトリソグラフィ法で作製しようとしたが，加工を依頼していた業者の担当者の退社に伴い，３点曲げ装置同様に支点の鋭角なものの作製が困難になった．このため，ワイヤ放電加工を利用して支点の角の丸い基板を作製したが，曲げモーメントの影響は有意ではなくなってしまった．この原因の一つとして，新しい系がAulacoseiraの軸方向の成長を拘束して可能性が考えられた．また，被殻形成過程の詳細観察に使用する超解像顕微鏡については研究室の予算を合算して購入することができた．
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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
上手く行かないことが判明した課題もあるが，研究実施計画の内容は概ね実行できているから．
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| Strategy for Future Research Activity |
Ａ．組織に作用する力の分布を細胞レベルで明らかにする手法の開発：組織へのFRETセンサ遺伝子の導入方法として当初考えた４通りのうち，３通りが上手く行かないことが分かったので，最後の１通りを進めると共に，これが不調である場合に備えて他の手を考える．
Ｂ．幼若骨組織の力学負荷下培養系の確立と最適構造の自発創生：装置の試作は順調に進んでいるので，当初の計画通り，今後は実験を繰り返し，データ蓄積を進める．
Ｃ．珪藻の形態形成に及ぼす力学刺激の影響の検討：当初計画していた４点曲げ装置の試作を中止し，軸方向力を付加しつつ培養する系の確立を進めるとともに，超解像顕微鏡を用いて被殻形成の様子を詳細に観察する．
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