2023 Fiscal Year Annual Research Report
Active mechanical properties of three-dimensional multicellular tissues and their adaptive regulatory mechanisms.
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21H01209
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
奥田 覚 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (80707836)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 生体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多細胞から成る器官の形成過程は，ミクロな分子・細胞レベルの力発生により駆動される動的な変形過程であり，マクロな組織レベルにおいて頑強に制御されている．この力学過程の頑強性は正常な胚発生や代謝を実現し，また，その破綻は先天性奇形や腫瘍などの疾患を引き起こす．近年，器官形成の力学過程において，アクトミオシン等による分子・細胞レベルのアクティブな力発生が注目されている．特に，個々の分子・細胞の力発生は，多数の分子間・細胞間の相互作用を介して時空間的に協調し，マクロな組織の機械特性をダイナミックに変化させる．一方で，組織の機械特性の異常は，器官の発生異常や機能不全を引き起こす．そのため，頑強な器官形成では，発生過程の進行に伴う力学場の変化に応じて，マクロな組織変形がミクロな分子・細胞の動態へフィードバックされ，組織の機械特性が適応的に制御されていると考えられる．そこで本研究では，三次元多細胞組織のアクティブな機械特性とその適応的な制御機構を明らかにすることを目的とする．本年度は，前年度に実施た三軸マニピュレータによる力学試験，および，解析技術を用いた組織の時空間的な変形量に基づき，さらに，負荷荷重の量と時間を操作による三次元多細胞組織のアクティブな機械特性と力学環境に対する応答性を解明した．また，阻害剤を用いた力学試験により、分子の空間分布と時間変化の定量化，多細胞組織のアクティブな機械特性やその応答性に関連する分子・細胞レベルの制御因子を同定した．
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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
当初の計画の通り，三次元多細胞組織の機械特性と力学環境に対する応答性の解明と関連する分子・細胞レベルの制御因子の同定に成功した．
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| Strategy for Future Research Activity |
立体培養組織のアクティブな機械特性の計測：前年度に解明した三次元多細胞組織のアクティブな機械特性と力学環境に対する応答性が胚組織内部の器官を構成する組織にも存在することを確かめるため，マウス胚とマウス胚性幹細胞から誘導したオルガノイドにおいて同様の試験を行う．また，組織内の分子・細胞動態のライブイメージング：昨年度は遺伝子改変・薬理試験を行った立体組織の力学試験により，分子の空間分布と時間変化の定量化，多細胞組織のアクティブな機械特性やその応答性を明らかにした．本年度はさらにこの研究を継続し，関連する分子・細胞レベルの制御因子の同定をさらに進める．加えて，マルチスケールな制御機構に関する作業仮説の提案：前年度は，細胞骨格の動態から組織の機械特性を制御する鍵となる細胞動態を探索し，配置換えの重要性を明らかにした．本年度は，このマルチスケールな解析をさらに継続し，分子・細胞レベルの因子が組織レベルの弾塑性を制御する機構をさらに探索する．
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