Study on mechanism of endothelial mechanotransduction by using micro-mechanical manipulation technique
| Project/Area Number |
19KK0276
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大橋 俊朗 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30270812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東藤 正浩 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10314402)
山田 悟史 北海道大学, 工学研究院, 助教 (90730169)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
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| Keywords | 内皮細胞 / メカノトランスダクション / 一次繊毛 / 磁気ナノビーズ / 細胞間力 |
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| Outline of Research at the Start |
内皮細胞の流れに対する力学受容体について様々な候補が提案されているが，その力学伝達経路については不明な点が多く残されている．これは“流れ”という細胞全体に負荷されるグローバルな力学刺激が実際に細胞のどの部位に力学刺激として伝達され，そこで生化学信号に変換されているのか，についての理解が不足しているためである．以上の背景のもと，磁気ナノビーズ技術を高度に駆使して内皮細胞の力学伝達経路の一端を解明する．また，内皮細胞は細胞同士が接触した密な状態ではじめて流れ刺激に応答するため，流れ負荷内皮細胞の形態変化における細胞間接着部位の力学的役割の解明を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞は周囲の力学環境に適応して自らの形態および機能を変化させることが知られている。これは細胞が力学刺激を感知・伝達し生化学的信号に変換しているためでありこの機構はメカノトランスダクションと呼ばれている。例えば、血管内皮細胞は血流に応答して血流方向に伸長・配向することから盛んに研究が行われてきたがメカノトランスダクション機構の全容は明らかではない。本申請課題の目的は，磁気ナノビーズ技術を高度に駆使して流れ刺激に対する内皮細胞の力学伝達経路の推定するものである。近年では、内皮細胞表面に突出する直径0.2ミクロン，長さ数ミクロン～十数ミクロン程度の線状のPrimary ciliumが力学刺激の感知に深く寄与していることが指摘されている。
以上の背景を下、磁気ナノビーズ技術およびマイクロフルイディクス技術により内皮細胞に力学刺激を負荷する部位を空間的に制御し、内皮細胞の流れ負荷応答のメカニズムを新しい視点で探求するものである。今年度は海外共同研究者のProf. Ibarraより提供された磁気ナノビーズ技術と研究代表者の大橋が有する細胞バイオメカニクス技術を融合させた。磁気ナノビースを細胞表面に付着させ外部磁場を負荷することにより細胞応答を計測した。細胞は有意な差は見られなかったが磁場の方向に伸長することが確認された。また、現在は磁気ナノビーズを人工細胞内に導入し生細胞と共培養する実験系に着手している。外部磁場を負荷することで人工細胞を駆動させることができるため細胞間力を任意に調整することが可能である。これにより細胞間の力学情報伝達経路を探求するものである。
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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
初年度は、力学刺激部位として，1) Primary cilium、2) 細胞膜表面および3) 細胞内部の3箇所の中で1)および2)を集中的に実施してきた。磁気ピンセット等外部磁場を用いて磁気ビーズを導入したPrimary ciliumを変形させることに成功したこと、またPrimary
cilium内カルシウムイオン濃度の上昇が確認されたことは大きな研究成果であった．今年度は、2)を集中的に実施することに加えて、3)として磁気ナノビーズを封入した人工細胞の導入を新たに検討した。これは当初の実験計画に新たに加えた研究展開である。また、ラマン散乱光を用いた細胞内低分子量Gタンパク質のダイナミクスの研究項目において、研究分担者の東藤教授と山田助教ととも実験方法について検討を行い実験実施に着手したところである。したがって、これまでの研究進捗状況は概ね順調と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者の大橋がこれまでに従事してきた流れ負荷内皮細胞実験技術、マイクロフルイディクス技術および相手国研究代表者Prof. Ibarraの有する磁気ナノビーズ技術を高度に融合させ、流れ負荷刺激を模擬して磁気ナノビーズにより力学刺激部位を空間的に制御することにより，Prof. Longの有する観察技術とともに流れ負荷によるメカノトランスダクション機構を検討するものである。今後は、これまでに従事した力学刺激部位として、1)Primary cilium、2) 細胞膜表面および3) 細胞内部の3箇所の中で2)および3)を集中的に実施するとともに、3)においては、磁気ナノビーズを封入した人工細胞の導入を進め対照実験として流れ負荷実験と結果の比較を行う。また、1)Primry ciliumの実験においては、別途実施しているPrimry ciliumの力学特性計測の知見を取り入れた考察も行う。また，研究分担者の東藤教授と山田助教とともにラマン散乱光を用いた細胞内低分子量Gタンパク質のダイナミクスについても実験実施を進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
