| Project/Area Number |
21K12651
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Dokkyo Medical University |
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Principal Investigator |
岸本 聡子 獨協医科大学, 医学部, 講師 (10511488)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 健一 獨協医科大学, 医学部, 准教授 (90587974)
張山 昌論 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (10292260)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 創傷治癒 / 細胞間コミュニケーション / 生体シミュレーション / 炎症性サイトカイン / 細胞外マトリクス / 複雑系 / マルチエージェントシミュレーション / 脂肪組織由来間質細胞 |
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| Outline of Research at the Start |
我々はマウス皮下脂肪の傷害刺激が間質細胞の数を増やし、血管新生能力を増強させる現象(創傷治癒Priming)を発見した。Primingは脂肪組織に常駐する間質細胞と、骨髄から動員される骨髄由来細胞のダイナミックな相互作用で成り立っている。その細胞間のコミュニケーションにはこれらの細胞が産生・分解する炎症性サイトカインと細胞外マトリクスが相互に関連している。
本研究では、未だ明らかではないこの複雑な細胞間コミュニケーションのふるまいや法則を明らかにするため、創傷治癒を細胞、サイトカインと細胞外マトリクスが関与する「複雑系」として扱い、単一分子に注目することでは得られない細胞間コミュニケーションの新しい視点を得る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、組織に常駐する間質細胞と骨髄から動員された免疫細胞をそれぞれ蛍光標識して観察できるモデルマウスを作成し、急性炎症における細胞の動きを安定してtime-lapse蛍光顕微鏡で撮影した。プライミング刺激によって骨髄から動員された好中球のswarming現象が観察された。しかし、蛍光標識の特異性と感度の問題から、当初計画していた免疫細胞と線維芽細胞の二重標識は難航した。そこで、Col1a1遺伝子で活性化した線維芽細胞が赤色蛍光標識されるマウスを使用することにした。CreドライバーマウスとtdTomatoレポーターマウスを導入して交配させ、タモキシフェン投与によりtdTomatoを活性化させてモデルマウスを作成する。このモデルマウスでは、好中球、マクロファージ、活性化した線維芽細胞の3種類の相互作用を観察することができる。Creドライバーマウスは凍結胚で導入して生体復元済みであり、tdTomatoレポーターマウスも近日中に導入される予定である。
またここまでの成果を論文投稿した際に、開発したエージェントシミュレーションの汎用性に限界があることを指摘された。査読者の勧めで、近年利用者の増えているPhysiCellへの移植を試みた。PhysiCellは細胞増殖、細胞死、遊走、サイトカインの産生と拡散・分解を再現可能な、エージェント・微分方程式ハイブリットモデルである。好中球の動きはPhysiCellで再現できたが、間質細胞の産生する細胞外マトリックス（ECM）の取り扱いには、新しい計算モジュールが必要であることが分かった。現在ECMの濃度と異方性、サイトカインの安定性増加を兼ね備えたモジュールを開発しており、複数細胞種が相互作用するシミュレーションを実行する。またこれらのモジュールは、PhysiCellの機能拡張として公開する計画である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
モデル動物の線維芽細胞を生きたまま観察する条件は整ったが、蛍光標識の特異性と感度の問題から免疫細胞と線維芽細胞の二重標識は実現しなかった。トラブルシュートとして、Col1a1遺伝子（コラーゲンをコード）で赤色蛍光標識したマウスを使用することとし、モデルマウスの整備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
モデル動物の線維芽細胞を生きたまま観察する条件は整ったが、蛍光標識の特異性と感度の問題から免疫細胞と線維芽細胞の二重標識は実現しなかった。トラブルシュートとして、Col1a1遺伝子（コラーゲンをコード）で赤色蛍光標識したマウスを使用することとし、モデルマウスの整備を進める。
また、間質細胞の産生する細胞外マトリックス（ECM）の取り扱いに新しい計算モジュールが必要であることが分かったため、ECMの濃度と異方性、サイトカインの安定性増加を兼ね備えたモジュールを開発し、PhysiCellの機能拡張として公開する計画である。
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