2022 Fiscal Year Research-status Report

力学的相互作用に基づく血管新生における細胞往復運動の動態解析

Research Project

Project/Area Number	19K06578
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	田久保直子東京大学, アイソトープ総合センター, 特任講師 (60447315)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords	血管新生 / 細胞動態 / バイオイメージング
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、不均一な内皮細胞動態を伴う血管新生において、内皮細胞のマクロスコピックな動態特性および動態メカニズムを定量的に明らかにすることを目的とする。特に、細胞群の力学的相互作用が個々の細胞動態パターンに及ぼす影響を明らかにし、細胞動態メカニズムを細胞の力覚応答の観点から明らかにする。これまでに、マウス大動脈組織片を用いたin vitro血管新生モデル（大動脈リングアッセイ）において、内皮細胞が血管伸長方向に進行後、方向転換して新生血管部根元まで逆走する興味深い細胞往復運動（Uターン動態）を発見した。 ( N. Takubo, et. al.(2019))。また、前年度までに確立した細胞外基質精密成形技術を用いた培養内皮細胞のみから構成されるin vitro ２次元血管新生モデルを用いてライブイメージングを行い、他の血管細胞からの動態への影響が無い内皮細胞固有の動態を観察した。これまでに開発した自動セルトラッキングシステムを用いて内皮細胞の１細胞動態解析を行った結果、本モデルでもUターン動態を含む不均一な内皮細胞動態が観測された。また、本モデルにおいて細胞配向の解析を行った結果、細胞外基質外の内皮細胞供給源において細胞集団のマクロスコピックな流れが存在することが確認された。このことから、内皮細胞供給源には細胞流が引き起こす不均一な応力場が発生していると考えられる。さらに、血管伸長と細胞外基質外のマクロスコピックな細胞流が関係することが確認された。今年度は、前年度までに開発した精密成形技術を用いた血管新生モデルにおける血管様構造形成の再現性を高めるべく細胞培養条件検討および細胞外基質成型条件検討を行った。最適化された条件下で再現性良く形成された血管様構造および内皮細胞供給源における細胞動態解析を行い、血管伸長と内皮細胞供給源における細胞流の関係性を定量化した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 前年度までに確立した細胞外基質（Extracellular Matrix: ECM）精密成形技術を用いたin vitro血管新生モデルにおいて２次元血管様構造形成の再現性を高めるために細胞培養条件検討およびECM成型条件検討を行った。具体的には、ジメチルポリシロキサン（PDMS）微細加工技術を用いて作製した型を用いてECMを成型する際のインキュベート時間やECM量、ECMの種類などの条件検討を行ない、血管様構造を形成するために最適なECMの特性を検討した。その結果、血管様構造形成のためには３次元的なECM即ちある程度以上の厚み(>500μm)が必要であることを確かめた。次に、細胞（マウス膵臓由来内皮細胞（MS-1））培養条件検討を行い、全長500μm程度の血管様構造が再現良く形成される条件を見出した。以上の条件検討により血管様構造を再現良く形成する血管新生モデルを用いて新生血管および内皮細胞供給源の細胞動態観察を行い、細胞血管伸長と内皮細胞供給源における細胞流の関係性を定量化した。なお、本年度12月より出産・育児のため研究を中断した。
Strategy for Future Research Activity	今後は、今年度行った血管伸長と内皮細胞供給源における細胞流の定量観察結果を解析し、論文にまとめる。また、前年度までに立ち上げた牽引力顕微鏡（Traction Force Microscopy: TFM）システムを用いて本血管新生モデルでのECM外の細胞流が形成する応力場の計測を行う。また、TFMシステムを拡張し、Uターン動態などを示す新生血管中の内皮細胞がECMに及ぼす力も可視化する。これまでの実験では、新生血管の先端や分岐点など血管構造の端部で細胞流の特異点が観察されている。本研究では、特に血管構造の特異点での細胞流とECMの力学的相互作用に着目し、血管樹状構造形成メカニズムを明らかにする。
Causes of Carryover	本年度12月より出産・育児のため研究を中断した。次年度は血管伸長と細胞流の関係のまとめと応力場測定実験を中心に進める予定である。細胞動態解析のためのノートパソコンやハードディスク等、応力場測定実験のための消耗品等が必要である。