2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of novel index for metastatic cancer cell evaluation giving mechanical stimuli by kinesin-driven active matrix
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19K12775
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
川村 隆三 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50534591)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 細胞接着 / がん細胞 / 力学計測 / 力学刺激 / アクチン細胞骨格 / 細胞分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、がん細胞の潜在的な転移性を示す新しい細胞計測の指標を得ることである。研究代表者は、キネシン・微小管のモータータンパク質を用いて『運動界面』を作製し、細胞の動的力学環境へ応用する研究に取り組んでいる。転移性の高いがん細胞（マウスメラノーマ）が運動界面で揺られながら接着すると、細胞の内部に特異なアクチン凝集を形成することを発見していた。本研究では、このアクチン凝集形成をがん細胞の潜在的な転移性を示す指標になる可能性を調べる。このため、運動界面の設計を最適化し、揺らぎ力学刺激がアクチン凝集形成に作用するメカニズムを解明する。また、運動界面を既存の細胞挙動評価法と組み合わせて、がん細胞の転移に伴う力学的状況をより生体内に近づけて、がん細胞の潜在的な転移性を最大限に引き出して計測することを目指している。
令和二年度は、細胞評価に用いる運動界面系について流路システムの自動運転による簡便で安定な動作を実現した。当初の予定では、運動界面の構築条件が細胞の接着挙動に与える影の響解明に取り組む計画であったが、改良した流路システムの動作が良好であったため、細胞を回収する技術への発展を先に進めた。その結果、運動界面の力学刺激に晒して接着した細胞を再度剥離して回収し、さらに培養することに成功している。現在、株化技術に向けて細胞を継続して培養している。昨年度に原理実証した、運動界面の出力を直接計測する技術について、ガラスマイクロニードルの保持方法が市販の油圧マニピュレーターでは安定性に改良の余地があった為、保持器具を独自に設計して製作し、再度計測を行った。結果的に、昨年度の計測結果が妥当な値であることを確認している。安定化した流路システムと力学計測の手法は、今後の定量的な評価の礎となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、細胞スケールの揺らぎ力学刺激を与えることで、がん転移の本質に迫る新しい細胞計測の指標獲得を目指している。独自に開発した『運動界面』では、がん細胞の特異な変形挙動を見いだしている。細胞の変形性から転移能を診断する技術への発展を導くには、まず定量的な計測の実現が重要である。令和二年度は、安定的で再現性の高い定量計測、及び処理の自動化を実現するために、クロマトグラフィー用ポンプと電動バルブ、およびプログラム可能なコントローラーを装備した微小流路系を構築した。計画の１・２年度では、運動界面の設計パラメーターを変化させて、アクチン凝集塊形成を誘導する最適条件を探索する予定であったが、順序を変更して３年度の細胞回収に取り組んだ。微小流路系のシステム改良が順調に進んだ為、その延長で接着細胞を酵素処理で剥離する操作からプログラムにそった自動運転で行い、流路系を通じて生細胞を回収、その後培養することに成功している。また力学計測系についても再現性を担保するための独自装置を製作し、計測値の確度を向上している。以上のシステム改良に注力した為、課題の主軸となる運動界面の構築条件と細胞接着（構造）の相関解明には到達していない。しかし、必要な技術基盤を得て、最終年度に本題を実行する目途が立ったので、自己評価を「やや遅れている」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２年度に実現した、安定的なプログラム送液システムを用いて運動界面の細胞評価系を運用し、運動界面の設計パラメーター（微小管の剛直性、架橋密度など）が接着細胞内のアクチン凝集形成へ与える影響の解明に取り組む。アクチン凝集体形成の評価については、細胞内での凝集形成位置や数量、凝集形成のタイミングなどに与える影響を定量計測して傾向を理解することで、揺らぎ力学刺激が細胞変形に寄与するメカニズムに迫る。また、アクチン細胞骨格を緑色蛍光タンパク質で可視化する細胞株を共同研究者から提供を受けている為、接着中にアクチン凝集構造が形成される過程のイメージングにも挑戦する。
改良した運動界面の直接的な力学計測法を活用して、運動界面の設計パラメーターが運動界面の動作に与える効果を明らかにする。ガラスマイクロニードルで定位置の力学計測を行うことで、出力の周期性についても注目して調べる。また力学刺激がもたらす生物的な意味を考察する為に、接着培養する細胞群が自然に発揮する揺らぎを力学的に計測して、運動界面と比較考察する。生体内の動的細胞環境を摸倣する手段として、運動界面の持つべき力学的出力特性を明らかにして、未知なるがん細胞の挙動可視化を最大化する指針獲得を目指す。
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| Causes of Carryover |
価格変動による差分が生じた。実験用の消耗品（試薬、プラスチック器具等）に充当する予定。
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Research Products
(1 results)
