Understanding of apoptosis of cells on nanostructured substrates utilizing all-atomic analyses of integrin signal

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20545
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Mabuchi Mamoru 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (00358061)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 袴田 昌高 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30462849)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: ナノポーラス / 培養基板 / モンテカルロシミュレーション / 分子動力学計算

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to establish a new research system linking molecular dynamics (MD) calculations and genetic analysis to reveal the full picture of the signaling pathways by which nanostructures on metal substrate surfaces influence the genes that control the differentiation, proliferation, and apoptosis (spontaneous death) of cells adhering to them.
Part of the diversity of integrin roles in cell adhesion was revealed by a synergistic combination of experiments (cell culture and genetic analysis) and calculations (MD and Monte Carlo simulations). Furthermore, the research results were used to create artificial high cell density tissues.

Free Research Field

金属学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義：細胞の種々の挙動に及ぼす金属ナノ構造の影響を、工学的・生物学的実験手法と原子シミュレーションを融合して明らかにした。また、知見を活かして新しい人工高密度細胞組織の作製に取り組み、部分的に成功しつつある。
社会的意義：新しい材料であるナノ構造が「細胞」という生命活動の基本要素に及ぼす影響を明らかにしたことで、例えば環境分野や医療分野における応用、またそれらの分野におけるナノ材料の安全性等評価に活かせる成果である。応用のひとつとして、人工高密度細胞組織を創製できたことを挙げる。