2021 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, 機能性材料研究拠点, 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 – 2023-03-31
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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 / ライブイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
国際共同研究ではマイクロリソグラフィー技術を用いて作成した通路状のマイクロスペーサー基板および市販の多孔性フィルター膜を用いて、顆粒細胞が神経組織間隙を隘路遊走する運動制御機構を解析した。薬理実験と分子操作実験で、隘路侵入により細胞膜張力が上昇し、機械刺激感受性チャネルPiezo1が活性化すること、Piezo1によるカルシウム流入によりPKC-Ezrin経路が活性化してミオシンが後方細胞膜に集積することが、ニューロンを後方から押す力を生じることを証明した。
また、生後発達期の小脳容積・表面積の急激な拡大に伴い、周辺組織から受けるずり応力がニューロン遊走の方向性決定に影響する可能性をin vitro実験で検証するため、異方性伸長を実現するスマートポリマーの開発を進めた。昨年度までにメタロプロテアーゼ分解性ペプチドを架橋点に有するポリエチレングリコール(PEG)ハイドロゲルを作製し、メタロプロテアーゼの添加により10%程度の伸長を誘起可能であることを明らかとしている。今年度は生後発達期の小脳容積・表面積拡大をより忠実に再現することを目的とし、PEGハイドロゲルの構造最適化による分解速度と伸長度の制御に取り組んだ。PEGの分岐構造や分子量、ペプチド架橋剤の設計および最適化により、広範な時間域(数時間～一週間)における分解制御かつ最大100%伸長を達成可能なハイドロゲル基材を得ることができた。また初期弾性率一定でありながら、異なる分解速度を示すハイドロゲル基材の作製にも成功し、弾性率と分解速度を独立して制御可能であることを明らかとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
マイクロ加工技術を用いた国際共同研究では、コロナ禍で往来は殆ど出来なかったが、ニューロンの新しい遊走機構の分子基盤を明らかにし、分野に大きな革新をもたらす発見があった。現在論文発表の準備を行なっている。異方性伸長を実現するスマートポリマーの開発は、生体時間に匹敵する遅緩な等方性伸長を示す基材はできつつあり、異方性伸長を示す基材の開発に着手している。
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| Strategy for Future Research Activity |
組織伸長のずり応力が軸索伸長に与える影響は、生体適合性の等方性伸長基材が完成し次第細胞実験を行う。並行して基質の地形が軸索伸長に与える影響をパターン化基質を用いて解析しており、軸索伸長に基質の物性が与える影響を多角的に解析した結果を論文化する予定である。
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| Causes of Carryover |
組織伸長を模倣する新素材の開発が難航し、またコロナ禍で共同実験の実施が叶わず細胞実験が行えていない。上記の研究に必要な分の額を繰り越して研究を継続する。
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Research Products
(13 results)
