2018 Fiscal Year Research-status Report
新規素材とマイクロ加工技術で再現する脳微小空間を用いたニューロン遊走機構の解析
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18KK0212
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
見学 美根子 京都大学, 高等研究院, 教授 (10303801)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇都 甲一郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (30597034)
中澤 直高 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (90800780)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | メカノバイオロジー / マイクロファブリケーション / ニューロン移動 / 神経発生 / 細胞骨格 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類脳の皮質形成過程で、新生ニューロンは神経組織間隙に分け入り最適経路を選んで遊走する際、組織の形や配向、硬さ、伸展などの物理的環境が細胞膜に負荷され、遊走の駆動力となる細胞骨格流動を調節すると考えられる。本研究ではメカノバイオロジー、マイクロファブリケーション、スマートポリマーの最新知見と技術を駆使して力学的なミクロ環境や微小刺激を操作できる培養空間を設計し、遊走する細胞の微細構造や応力分布の動的変化を高速高解像ライブ観察で解析する実験系を開発する。これを用いてニューロン遊走に伴う微細構造や応力分布の動的変化を解析し、組織内を遊走するニューロン運動の新たな分子力学機構を解明することを目標とする。
本年度は、顆粒細胞が組織間隙を通過する現象を再構成する通路状のマイクロスペーサー基板をシンガポールにて共同で作成した。これを用いて初代ニューロンを培養して遊走させ、通路を通る際の核と細胞骨格のダイナミクスをライブ共焦点顕微鏡により観察した。その結果、力の発生を示唆するアクトミオシンの集積部位がガラス平面上を遊走する細胞と異なることを見出した。さらに組織構築を保った切片培養と、マトリゲルで３次元培養した顆粒細胞で同様の観察を行ったところ、やはりアクトミオシン集積部位が２次元培養と異なることが確認された。すなわちニューロンは２次元空間と３次元空間で核移動を駆動する力発生機構を使い分けることが示唆された。
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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
シンガポールの共同研究者と組織間隙を模した隘路をデザインしたマイクロパターンを設計し、微細パターン加工と細胞実験を繰り返して、細胞が組織ライブ観察と同程度の核変形と移動速度を示す至適なパターンを同定した。これを用いてニューロン遊走に伴うアクチン骨格の挙動を追跡し、組織やマイクロパターン上で見られるアクトミオシンの集積が二次元培養で報告されているパターンと異なることを見出し、外環境の違いによる遊走制御機構の転換を見いだすことができた。一方、遊走するニューロンの足場となる脳皮質の各層の硬さの違いを模倣する素材と、発生に伴う組織の拡張を模倣する刺激依存的に異方性に伸張する素材の開発について、数回の会議とメール会議で議論を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
隘路内と平面上での遊走の細胞機構の違いを明らかにする。平面上での遊走制御の要となる細胞接着の形成と分解、アクチン逆行流の時空間制御、アクチン重合調節に着目し、隘路内と平面上で遊走させた顆粒細胞で比較解析を行う。そのためにライブ条件で全反射顕微鏡などを用いて観察できる基板の開発に取り組み、実験を行う。
組織の硬さの違いや形態形成に伴う拡大を模倣する基質の作成に着手する。現在候補となっている素材に改変を加え、細胞実験に用いることのできる基質を開発する。
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| Causes of Carryover |
脳皮質の各層の硬さの違いを模倣する素材と、発生に伴う組織の拡張を模倣する刺激依存的に異方性に伸張する素材の開発について、数回の会議で候補となる素材の絞り込みを行なったが、実際の開発には着手しなかったため、繰り越しを行った。2019年度に細胞実験に用いることのできる基質を開発する。
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