2020 Fiscal Year Annual Research Report
分子・細胞・組織レベル同時計測に基づく再生心筋組織の収縮力の発現メカニズムの解明
| Project/Area Number |
20H04509
|
|---|
| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
|---|
Principal Investigator |
神戸 裕介 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 主任研究員 (30747671)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 生体材料 / 心筋組織 / FRET / ゲル / シルク / コラーゲン / 収縮力 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、再生心筋組織の階層構造における各レベル（分子群、細胞、組織）の収縮力を計測する技術を開発することで、再生心筋組織の収縮力発現メカニズムを解明することを目的とする。また、力の変化を可視化するセンサーやこれを固定したゲル状細胞培養基材などの周辺技術の確立にも取り組む。
本年度は、融合タンパク質技術を用いて、シルクフィブロイン（シルク）結晶領域由来ペプチド、蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）のアクセプター蛍光タンパク質、弾性リンカー、FRETのドナー蛍光タンパク質および細胞接着性ペプチドから成るFRET力センサーを作製した。なお、本センサーをゲル化過程のシルク溶液に添加すると、シルク結晶領域由来ペプチド部がシルクゲルの物理架橋点に取り込まれることで、センサー全体がゲルに固定されることを意図している。実際に、センサーを添加して作製したシルクゲルの蛍光輝度は、界面活性剤入りの緩衝液での洗浄の前後でほとんど変化しなかった。これより、シルクゲルへのセンサーの固定化技術を確立できた。しかし、新生ラットから単離した心筋細胞はセンサー固定化シルクゲルに接着しなかった。このため、I型コラーゲンゲル（せん断弾性率：24 Pa）を細胞培養基材として用いた結果、心筋細胞が接着、増殖した。また、本ゲルへの心筋細胞の播種密度を検討し、1×10^6 cells/cm^2以上で自己拍動する再生心筋組織が得られることが分かった。
寸法とヤング率が既知の薄板ガラスから成るカンチレバーと固定端との間に自己拍動する再生心筋組織を渡すと、拍動に伴ってカンチレバーがたわんだ。画像解析によりたわみを計測することで、再生心筋組織の組織レベルでの収縮力を計測できた。また、再生心筋組織を生物顕微鏡で観察し、セルモーションイメージングシステム（SI8000、ソニー製）で解析した結果、細胞レベルでの収縮力を計測できた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
再生心筋組織の細胞、組織レベルの収縮力計測技術を開発できた。また、FRETセンサーや本センサーのシルクゲルへの固定法などの周辺技術を確立でき、おおむね順調に進展した。しかし、成果の発信に関しては、COVID-19の影響により、令和2年度に計画していた学会参加による情報収集や学会発表の機会が無くなった。そのため、研究費の一部繰越を行い、令和3年度に学会での情報収集や発表を実施した。以上より、総合的に、おおむね順調に進行していると判断した。なお、学会が現地開催からオンライン開催へ移行したことに伴い、旅費の未使用分が生じたため、返還する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
再生心筋組織の細胞、組織レベルでの収縮力計測技術の妥当性を確認するため、コラーゲンゲルを培養基材として作製した再生心筋組織にアドレナリンなどの薬剤を作用させ、収縮力の変化が検出できるか明らかにする。また、FRETセンサー固定化シルクゲルの細胞接着性を高めるため、センサーの改良を行う。さらに、成熟した再生組織の形成には細胞の足場となる培養基材の弾性率や生分解性が重要なため、周辺技術として、ゲルの弾性率や生分解性の制御や解明に取り組む。
|
