組織二酸化炭素分圧の上昇が骨格筋肥大と再生に及ぼす影響

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K11537
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: 川田 茂雄 帝京大学, 医療技術学部, 准教授 (20376601)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 二酸化炭素分圧 / 骨格筋 / 筋再生

Outline of Annual Research Achievements

我々が呼吸する空気に含まれる各気体の分圧や組成は、極端な高所や密閉された地下といった特殊環境でなければ大きく変化することはない。したがって、安静時における体内の各気体の分圧は極めて狭い範囲で制御されており、その逸脱は細胞に対して良くも悪くも刺激となる。安静時では、細胞内の気体の分圧はある一定内で制御されているが、運動時には大きく変動する。運動時には細胞、特に骨格筋ではエネルギー需要量が増加することから、酸素分圧の低下とともに二酸化炭素分圧の上昇が生じる。これまで細胞内酸素分圧の低下はある一定範囲内であれば細胞増殖能を高めることが報告されている。一方で、二酸化炭素は酸素よりも水への溶解度が高いにも関わらず、二酸化炭素分圧の上昇が細胞に対してどのような影響を及ぼすかはほとんど明らかにされていない。そこで本研究では細胞内二酸化炭素分圧の上昇が細胞に対してどのような刺激となり得るのかを検討することを目的とした。
本研究では、今年度はマウス筋芽細胞由来の細胞株であるC2C12細胞を用いて二酸化炭素分圧の上昇が細胞に対してどのような影響を与えるのかを検討した。細胞培養の条件として二酸化炭素分圧のみを上昇させると、その分だけ酸素分圧は低下することになる。そこで、二酸化炭素分圧を上昇させた培養環境でも酸素分圧は変化させない培養システムを構築した。この培養システムを用いて、二酸化炭素分圧を変化させたところ、二酸化炭素分圧の変化の程度と、曝露時間によっては、細胞の機能に対してポジティブな効果を示唆するデータを得ることができた。二酸化炭素分圧の上昇はpHの変化も伴うため、pHの変化も考慮しつつ得られた結果のメカニズムを今後詳細に検討する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では、細胞培養時の二酸化炭素分圧を変化させ、酸素分圧は変化させない培養環境を構築する必要がある。申請者がこれまで構築した細胞培養システムを応用して予定通り構築できた。また、どの程度の二酸化炭素分圧で、どの程度の時間曝露すれば細胞機能に対してポジティブな効果を出せるかを検討する必要があったが、この実験条件も確立することができた。今年度は本研究課題の基礎となる培養条件を確立することができたため、今後のデータ取得が順調にいく目途がつき、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

二酸化炭素分圧の上昇は培養時のpH低下を伴うため、二酸化炭素分圧上昇で細胞機能が亢進したとしても、それが二酸化炭素そのものによるものなのか、pHの変化によるものなのかを区別することができない。そこで、培養時のpHを変化させ、何が細胞機能の亢進を引き起こすのかを検討する。in vitroでの基礎データを取得後は、in vivoの実験系で組織二酸化炭素分圧上昇が筋再生に及ぼす効果について検討する予定である。

Causes of Carryover

既に所有しており、本研究課題でも使用が必須の研究機器が故障したため、その修理のために予定外の支出が生じてしまった。そのため、今年度購入予定であった機器の購入が不可能になったため、次年度使用額が生じてしまった。購入予定であった機器は次年度分の助成金と併せて購入する。