2022 Fiscal Year Annual Research Report
Morphogenesis-based Manufacturing: Construction of optimal structures based on mechanical response of cells
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21H04533
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松本 健郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30209639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 英次郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20581614)
KIM JEONGHYUN 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20844591)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 力学的適応 / 形態形成 / ものづくり / 骨 / 珪藻 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ａ．組織に作用する力の分布を細胞レベルで明らかにする手法の開発：昨年度確立したゲノムレベルでFRET型張力センサを発現するひずみゲージ細胞を組織に注入し，ひずみゲージとしする方法を検討した．マウスの胸大動脈組織に細胞を注入して細胞配向の変化を調べた．細胞は細胞注入後数日で一旦，既存細胞と同じ円周方向を向いたが，培養７日目では円周方向と半径方向に２極化した．ラット胸大動脈壁を用いた昨年の実験とは，一旦，既存細胞と同じ向きに配向する点は同じであったが，培養７日目にランダムな方向に戻る点が違っていた．種の違いの影響があるのかも知れない．
Ｂ１．幼若骨組織への力学負荷による力学的最適構造の自発的創成：ピクロシリウスレッド染色組織を偏光顕微鏡観察してコラーゲンのTypeIとTypeIIIを区別した．引張によりTypeIコラーゲンの減少が抑制，TypeIIIの増加が抑制されることが判った．また，引張の影響はMode1石灰化領域よりも，Mode2石灰化領域のほうで大きいことが判った．また，TypeIIIに比べTypeIコラーゲンの割合が高いところの方が石灰化領域の増加が大きいことが判った．コラーゲンTypeIと石灰化に深い関係があることが示唆された．
Ｂ２．骨単位構造形成原因の探索：機械加工で作成した円錐状の型を利用して円錐内面を作製した．この面では細胞は円周方向に優位に動いたが，加工痕に沿って動いた可能性が否定できない．今後，加工痕の無い面を作る方向を開発し調べる必要がある．
Ｃ．珪藻の被殻形態形成に及ぼす力学刺激の影響の検討：PDMOを利用した形態形成過程の観察，形成された被殻のSEM観察などを通じて，被殻形成過程を詳細に調べた．その結果，Aulacoseiraの被殻は厚く硬そうな内側の被殻と薄く柔らかそうな外側の被殻の2層からなり，両者が滑り合う形で伸長することが判った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度立てた実施計画の内容を概ね達成することができ，また，上手く行かないことが判明した部分もあるが，新しい解決方法や課題の進め方を着想することで乗り越えていける可能性が見えてきたから．
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| Strategy for Future Research Activity |
Ａ．組織に作用する力の分布を細胞レベルで明らかにする手法の開発：ひずみゲージ細胞を組織に注入し，ひずみゲージとして利用する方法の検討を継続する．ラット胸大動脈壁にひずみゲージ細胞を注入し３ー５日間培養し，組織を引張った際のひずみゲージ細胞のFRET ratio変化を測定する．平滑筋収縮薬を加えた際の変化も調べる．
Ｂ１．幼若骨組織への力学負荷による力学的最適構造の自発的創成：幼若骨組織の引張負荷培養実験を継続する．コラーゲンのTypeIとIIIを更に確実に区別するため，免疫蛍光染色を用いた比較も行う．
Ｂ２．骨単位構造形成原因の探索：加工痕の無い円錐状の型を作製する方法を確立し，これで作製した円錐内面上の細胞の挙動を観察する．
Ｃ．珪藻の形態形成に及ぼす力学刺激の影響の検討：Aulacoseiraの被殻形成過程の調査を継続する．UV光を当てた長期観察により生長が止まることが判明したので，観察時間の短縮，照射光量をなるべく絞る等の工夫を凝らす．
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