| Research Abstract |
本研究では,細胞を知的構造システムとして捉えて,細胞がセンサ,コントローラ,アクチュエータを有すると考え,力学的刺激が骨芽細胞に入力された場合の適応的応答を実験的に検証し,その動的モデルを構築することを目的とする.
まず,機械的振動を入力した場合の細胞の適応的応答を検証するために,十分な剛性を有する培養プレートに骨芽細胞を播種し,これを加振器に取り付け,培養面に対して垂直方向に正弦波加振することで細胞に慣性力を与えながら細胞培養を行った.その結果,振動数が低く,加速度振幅が大きく,加振時間が長いほど細胞増殖が亢進されることを示した.細胞数の増加は細胞が重層化することにより生じることを,細胞核および細胞骨格の一つであるアクチンの免疫蛍光染色顕微鏡画像より示した.これらの実験結果より,機械的振動に対する骨芽細胞の適応的応答の簡易的なモデル化が可能となることを示した.
次に,細胞の力学刺激センサ同定のために,骨芽細胞において細胞核およびアクチンを生きた状態で蛍光標識し,細胞内の構造システムを把握した.細胞に力学刺激としてせん断変形を与えた場合において,細胞の蛍光顕微鏡画像とKLT法と呼ばれる画像処理手法を用いることにより,細胞の内部構造の局所的な変化を測定し,細胞の力学特性を把握した.さらに,細胞にせん断変形を与えた場合の生化学的応答としてカルシウムイオン濃度の空間的・時間的変化を測定した.この手法により力学刺激による細胞の内部構造の変化と生化学的応答との対応関係が得られるため,力学信号-生化学信号の変換を行う力学刺激センサのモデル化が可能となることを示した.
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