| Project/Area Number |
21K18326
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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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 | Kyushu University |
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Principal Investigator |
Kidoaki Satoru 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10336018)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保木 タッサニーヤー 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (20526834)
江端 宏之 九州大学, 理学研究院, 助教 (90723213)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
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| Keywords | 細胞メカノ活性化 / 非一様力学場 / 非定住運動 / 内部応力ゆらぎ / ウェーブレット解析 / 細胞内部応力ゆらぎ / メカノバイオロジー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、非一様力学場環境中を運動する細胞において顕現する、細胞の生存・増殖・運動性などの諸機能の増強現象に着目し、その系統的操作技術を開発し細胞操作工学の新たな基材設計分野を開拓することを目的とする。非一様力学場を非定住に運動する細胞では内部応力ゆらぎが増幅される結果、細胞の健常活動に関与する遺伝子群の発現が広範に活性化されることを我々はこれまでに独自に見出している。非一様力学場上での細胞の自発的運動は細胞内部応力の非平衡度の増大とともに細胞をより健常化し、その機能強化に寄与する（メカノ活性化効果）。本研究ではこの現象の系統的制御、原理解明、および実用展開の開拓に取り組む。
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| Outline of Final Research Achievements |
Culturing mesenchymal stem cells (MSCs) on elastic gels patterned with cell-scale hard and soft regions and letting them migrate non-persistently for extended periods greatly amplifies long-period fluctuations in intracellular stress and nuclear shape, acting as a hormesis-like mechanical stimulus. This “mechano-activation” broadly up-regulates genes involved in proliferation, survival, motility, and differentiation, enabling the generation of high-function MSCs with enhanced therapeutic potential. We systematically explored pattern designs that maximize this effect and introduced the wavelet energy density of cell-area change acceleration as a new in-situ index for quantifying stress non-equilibrium. Using this metric, we determined that a triangular 3P pattern with a hard/soft modulus combination of 150 kPa/5 kPa most strongly promotes mechano-activation. These results expand the technological foundation for producing therapeutically superior MSCs.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、非一様力学場における間葉系幹細胞の非定住培養技術による、細胞内部応力の長周期ゆらぎが幹細胞の健常性や治療有効性を高める「メカノ活性化」に対して、その培養基盤の設計条件と細胞のゆらぎ増幅状態の簡便な評価指標を確立した。細胞の自走運動が持つ細胞機能への影響に関する基礎研究としての学術的意義とともに、細胞医薬品開発において高機能幹細胞の創出基盤としての社会的意義を有する成果である。
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