2022 Fiscal Year Annual Research Report
細胞の局所環境の観測・制御技術の開発および細胞走性評価への応用
| Project/Area Number |
19K12757
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
福島 修一郎 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (40362644)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 細胞走性 / 腫瘍転移 / 酸素消費 / マイクロ流体デバイス / 非線形光学顕微鏡 / デジタル画像相関法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，細胞走性に影響を及ぼす環境要因の解析が可能な3次元培養モデルの構築した．
前年度までに細胞の力学的な局所環境を可視化・制御できるマイクロ流体デバイスを作製した．デバイス内ではコラーゲンゲルに包埋して細胞を培養し，非線形光学顕微鏡を用いて取得したコラーゲンゲル画像をもとに力学的解析をした．コラーゲンは第2高調波発生光の発生源となるので，非線形光学顕微鏡を用いると無染色・非侵襲的に可視化できるという特長がある．また，第2高調波発生光の強度は，コラーゲンの密度や配向度に依存してゲルの硬さと正相関するため，材料特性の半定量的な評価指標となる．さらに，細胞の変形や移動に伴うゲルの時系列画像の解析により3次元変位場を定量できる．これらを解析結果が細胞の力学的な局所環境を把握するため有用であることが確認できた．
最終年度では，細胞の環境要因として酸素濃度場に着目し，マイクロ流体デバイス内の酸素濃度場の測定法を確立して，細胞の酸素消費のシミュレーターを構築した．使用したマイクロ流体デバイスには任意の酸素濃度ガスを流す流路を設置して，局所的な酸素濃度を制御した．腫瘍内部などの局所的な低酸素状態を模擬するために．酸素濃度勾配（0% - 5%)がある環境をデバイス内に実現した．酸素濃度は燐光の酸素消光性に基づいて測定し，細胞を固定して活性を止める前後の濃度場の違いから酸素消費量を見積もった．実測した酸素消費量をもとに酸素輸送モデルを構築し，有限要素法でシミュレーションをした．本研究で提案した培養モデルおよび酸素濃度測定法によって，局所的に不均一な細胞の酸素環境をシミュレーターで再現することに成功した．
|
