2020 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ曲面操作で切り拓く細胞の形状認識機構と接着界面力学のメカノバイオロジー
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19K20679
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
山下 忠紘 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (00827339)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 曲率 / 血管平滑筋細胞 / 配向性 / マイクロデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、曲率-細胞張力-接着力からなる細胞接着界面の力学バランスが三次元組織の形態・機能に与える影響を世界で初めて定量解析することを目的とし、細胞培養面の曲率を操作できる細胞培養系の構築、変形する曲面上での細胞の配向転換挙動の解析、細胞張力および表現型の解析に取り組んだ。
初年度は、空圧制御により変形可能なシリコンゴム製薄膜を持つ細胞培養用マイクロデバイスと、空圧制御装置を製作することで、培養面の曲率を操作可能な新しい細胞培養系を構築した。次に本実験系を用いてヒト大動脈血管内皮細胞(HASMC)を培養し、培養状態を継続したまま半円溝の方向を直角方向に変化させ、細胞が配向方向を変化しながら新しい形状に適応する様子を顕微鏡下で経時観察することに成功した。培養面の曲率変化に対して細胞が動的に応答する様子を初めて捉えた本成果は、曲面制御マイクロデバイスのコンセプトと動作原理を実証したものである。(T. Yamashita et al., Analytical Sciences, 2020)。
最終年度は、培養面の曲率が細胞の挙動に影響を与える仕組みを調査するため、曲面上で細胞が発する張力の解析と、曲面上で培養された細胞の表現型の解析に取り組んだ。曲面制御マイクロデバイスの空圧制御装置に改良を施し、培養面の曲率から細胞張力を評価する手法の開発し、その原理を実証した。また、曲面上に存在するHASMCの表現型マーカーを免疫染色を用いて観察し、培養面の曲率がHASMCの表現型をより収縮型へと誘導することを示唆する結果を得た。これらの研究成果を論文としてまとめ、今後国際学術誌上で発表する予定である。
以上のように、本研究は2年間に渡る研究活動を通じ、細胞が曲面形状を認識する生化学的な仕組みを解明するための技術基盤を創り出すことができた。
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