革新的な細胞収縮力可視化技術の開発

• 研究課題/領域番号: 15H03004
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 大阪大学 (2016-2017); 名古屋工業大学 (2015)
• 研究代表者: 出口 真次 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (30379713)
• 研究協力者: 松井 翼 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 講師 (50638707)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円); 2017年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2016年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 細胞バイオメカニクス / メカノバイオロジー / 細胞収縮力 / メカノミクス / 非筋II型ミオシン / トラクションフォースマイクロスコピー / バイオイメージング

研究成果の概要

細胞の収縮力を従来よりも効率良く可視化・定量化することができる技術の開発を研究目的とする。適度な弾性率をもつシリコーンの表面に化学的・力学的な性質が均質な親水性薄膜を形成する。細胞を播種し、細胞収縮力の負荷により生じる薄膜の変形を位相差顕微鏡により検出する。得られた画像について画像解析を行い、薄膜の変形量を定量化する。個々の細胞が発生する収縮力を定量化できる。とりわけ画像解析については自動処理コードを構築して測定効率、すなわちスループットを向上させた。本研究で開発したシステムは細胞収縮力の定量化アッセイとして、とりわけ分子細胞生物学分野において有効活用できるものである。

研究成果

• [雑誌論文] Tensile strength of oxygen plasma-created surface layer of PDMS (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, T., Noda, H., Matsui, T.S., Jile, H., Deguchi, S.
  • 雑誌名: Journal of Micromechanics and Microengineering 巻: 27 号: 1 ページ: 015015-015015
  • DOI: 10.1088/0960-1317/27/1/015015
  • 査読あり
• [雑誌論文] New wrinkling substrate assay reveals traction force fields of leader and follower cells undergoing collective migration (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, S., Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 482 号: 4 ページ: 975-979
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.11.142
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microcontact peeling: A cell micropatterning technique for circumventing direct adsorption of proteins to hydrophobic PDMS. (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yokoyama, T. S. Matsui, S. Deguchi
  • 雑誌名: Current Protocols in Cell Biology 巻: 75 号: 1
  • DOI: 10.1002/cpcb.22
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The opposite mechano-response of paxillin phosphorylation between subcellular and whole-cell levels is explained by a minimal model of cell-substrate adhesions (2017)
  • 著者名/発表者名: Deguchi S., Saito, A.C., Matsui, T.S., Huang, W.J., Sato, M.
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: 12 号: 2 ページ: 16-00670-16-00670
  • DOI: 10.1299/jbse.16-00670
  • NAID: 130005695201
  • ISSN: 1880-9863
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cellular force assay detects altered contractility caused by a nephritis-associated mutation in nonmuscle myosin IIA (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, S.P., Matsui, T.S., Ichikawa, T., Furukawa, T., Kioka, N., Fukushima, S., Deguchi, S.
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 59 号: 5 ページ: 423-433
  • DOI: 10.1111/dgd.12379
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vinexin family (SORBS) proteins play different roles in stiffness-sensing and contractile force generation (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa, T., Kita, M., Matsui, T.S., Ichikawa-Nagasato, A., Araki, T., Chiang, S.H., Sezaki, T., Kimura, Y., Ueda, K., Deguchi, S., Saltiel, A.R., Kioka, N.
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 130 号: 20 ページ: 3517-3531
  • DOI: 10.1242/jcs.200691
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The opposite mechano-response of paxillin phosphorylation between subcellular and whole-cell levels is explained by a minimal model of cell-substrate adhesions (2017)
  • 著者名/発表者名: Deguchi S., Saito, A.C., Matsui, T.S., Haung, W.J., Sato, M.
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: in press
  • NAID: 130005695201
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microcontact peeling: A cell micropatterning technique for circumventing direct adsorption of proteins to hydrophobic PDMS (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, S., Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • 雑誌名: Current Protocols in Cell Biology 巻: 75
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A possible common physical principle that underlies animal vocalization: theoretical considerations with an unsteady airflow-structure interaction model (2016)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S.
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: 11 号: 4 ページ: 16-00414-16-00414
  • DOI: 10.1299/jbse.16-00414
  • NAID: 130005251159
  • ISSN: 1880-9863
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conformational Plasticity of JRAB/MICAL-L2 Provides 'Law and Order' (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Sakane, S. Yoshizawa, M. Nishimura, Y. Tsuchiya, N. Matsushita, K. Miyake, K. Horikawa, I. Imoto, C. Mizuguchi, H. Saito, T. Ueno, S. Matsushita, H. Haga, S. Deguchi, K. Mizuguchi, H.
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 27 号: 20 ページ: 3095-3108
  • DOI: 10.1091/mbc.e16-05-0332
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Viscoelastic and optical properties of four different PDMS polymers (2015)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S., Hotta, J., Yokoyama, S., Matsui, T.S.
  • 雑誌名: Journal of Micromechanics and Microengineering 巻: 25 号: 9 ページ: 097002-097002
  • DOI: 10.1088/0960-1317/25/9/097002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-power laser processing-based approach to plasma lithography for cell micro patterning (2015)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, S., Kamei, Y., Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • 雑誌名: Journal of Bioanalysis and Biomedicine 巻: 7(3) 号: 03 ページ: 81-86
  • DOI: 10.4172/1948-593x.1000128
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Piezoelectric actuator-based cell microstretch device with real-time imaging capability (2015)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S., Kudo, S., Matsui, T.S., Huang, W., Sato, M.
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 5(6) 号: 6 ページ: 067110-067110
  • DOI: 10.1063/1.4922220
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Local geometry sensing by individual focal adhesions (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinji Deguchi, Sho Yokoyama, Tsubasa S. Matsui, Taiki Ohishi
  • 学会等名: 2017 Cellular and Molecular Bioengineering Annual Conference
  • 発表場所: Hawaii (USA)
  • 年月日: 2017-01-03
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞-基質接着の形と動きと力について (2017)
  • 著者名/発表者名: 出口真次
  • 学会等名: 第2回アクティブ・ソフトマター研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 単離ストレスファイバーの力学的性質と構造要素に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡本達樹, 松井翼, 福島修一郎, 出口真次
  • 学会等名: 第30回バイオエンジニアリング講演会
• [学会発表] 細胞接着を理解する - 分子生物学の流儀とバイオメカニクスの明日 (2017)
  • 著者名/発表者名: 出口真次
  • 学会等名: 第30回バイオエンジニアリング講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Rho-GEF Soloは細胞-基質間接着における力覚応答に関与し上皮腺房形成を制御する (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤原佐知子, 松井翼, 出口真次, 水野健作
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 核膜タンパク質LINC複合体構成因子SUN1は細胞収縮力の発生に寄与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 植田七海, 里見瑛梨奈, 松井翼, 出口真次, 檜枝美紀
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Detecting endogenous forces of cells subjected to mutations and drugs (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Deguchi
  • 学会等名: 第76回 日本癌学会学術総会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biomechanical role of α-actinin-1 in forming focal adhesions (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Deguchi, T. S. Matsui, T. Ohishi
  • 学会等名: 5th Swiss-Japan Workshop on Biomechanics SJB 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unique contractile properties of individual stress fibers may explain tension-induced immobilization of focal adhesions (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Deguchi, T. S. Matsui
  • 学会等名: XXVI Congress of the International Society of Biomechanics 2017, 9th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞の力くらべ：高いスループットで収縮力を定量評価するアッセイの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 出口真次, 松井翼
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 細胞の「力比べ」アッセイ (2017)
  • 著者名/発表者名: 福田 翔太, 松井 翼, 市川 尚文, 古川 太一, 木岡 紀幸, 福島 修一郎, 出口 真次
  • 学会等名: 第24回 HAB研究機構学術年会
• [学会発表] 細胞収縮力発生におけるビネキシンファミリータンパク質の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 市川 尚文, 松井 翼, 荒木 智彦, 喜多 真弘, 植田 和光, 出口 真次, 木岡 紀幸
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
• [学会発表] スループットの高い細胞トラクションフォースアッセイの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 出口 真次，松井 翼，田中 裕一郎，呼格吉楽
  • 学会等名: 第29回バイオエンジニアリング講演会
• [学会発表] Local geometry sensing by individual focal adhesions (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Deguchi, S. Yokoyama, T. S. Matsui, T. Ohishi
  • 学会等名: 2017 Cellular and Molecular Bioengineering Annual Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 個々の細胞が発生する力を高効率に定量化するシステムの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 翼, 出口 真次
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] A new engineering system for the study of cell mechanobiology (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa S. Matsui, Huge Jile, Shinji Deguchi
  • 学会等名: MHS 2016 (International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会
• [学会発表] ミオシン調節軽鎖のリン酸化は個々の細胞が発生する収縮力の大きさに相関はあるか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 出口 真次, 松井 翼, 倉賀野 正弘, 高橋 正行
  • 学会等名: 第68回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-06-15
• [学会発表] 細胞が発生する力の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 出口真次
  • 学会等名: 名市大・医・Department seminar
  • 発表場所: 名古屋市立大学
  • 年月日: 2016-01-25
  • 招待講演
• [学会発表] 負荷依存的な非筋アクトミオシン束の動態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井翼、池田智哉、出口真次
  • 学会等名: 日本機械学会第28回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] アクチン結合タンパク質の動態に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川晃大、松井翼、出口真次
  • 学会等名: 日本機械学会第28回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 焦点接着斑の微細構造に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大石泰己、松井翼、今村道博、出口真次
  • 学会等名: 日本機械学会第28回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 2.5次元細胞外基質上における細胞-基質間接着の動態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 出口真次、横山奨、松井翼、荒木智彦
  • 学会等名: 日本機械学会第28回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 物理学は張力ホメオスタシスのメカニズムを解けるか (2016)
  • 著者名/発表者名: 出口真次
  • 学会等名: 基生研研究会「物理学は生物現象の謎を解けるか」
  • 発表場所: 岡崎・基礎生物学研究所
  • 年月日: 2016-01-05
  • 招待講演
• [学会発表] 2.5次元基質上における細胞接着のダイナミクスと力の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 出口真次、横山奨、松井翼、荒木智彦、大石泰己
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] 細胞が発生する力（≒元気度）を見える化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 出口真次
  • 学会等名: 第3回生きた再生医療用材料の開発研究会（招待講演）
  • 発表場所: 愛知県青年会館
  • 年月日: 2015-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] Characterizing the biophysical properties of individual actin stress fibers (2015)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S., Matsui, T.S.
  • 学会等名: 2015 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-11-23
  • 国際学会
• [学会発表] The effect of substrate curvature on myosin-based frictional slip and elongation of focal adhesions (2015)
  • 著者名/発表者名: Araki, T., Yokoyama, S., Matsui, T.S., Ohishi, T., Kato, K., Deguchi, S.
  • 学会等名: 2015 BMES Annual Meeting
  • 発表場所: Tampa Convention Center
  • 年月日: 2015-10-07
  • 国際学会
• [学会発表] New cellular traction force microscopy reveals the effect of substrate curvature on focal adhesion dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S., Yokoyama, S., Matsui, T.S., Kato, K., Araki, T., Ohishi, T.
  • 学会等名: ATEM'15: International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2015
  • 発表場所: ロジワールホテル豊橋
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Characterizing the contractile properties of individual actin stress fibers (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • 学会等名: ATEM'15: International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2015
  • 発表場所: ロジワールホテル豊橋
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of nonmuscle myosin II in contractile force generation (2015)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S., Yokoyama, S., Matsui, T.S., Kato, K.
  • 学会等名: 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会
• [学会発表] Revealing the dynamics and molecular regulation of actomyosin bundles (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • 学会等名: 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamics of nonmuscle myosin molecules in actin stress fibers (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井翼、池田智哉、出口真次
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 細胞収縮能評価方法の開発とその応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 横山奨、松井翼、加藤輝、荒木智彦、出口真次
  • 学会等名: 日本機械学会2015年度年次大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 細胞収縮力の可視化に基づく非筋II型ミオシンの解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 出口真次、横山奨、松井翼、加藤輝
  • 学会等名: 第67回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2015-06-29
• [学会発表] Role of nonmuscle myosin regulatory light chain phosphorylation in contractile force generation (2015)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S., Yokoyama, S., Matsui, T.S., Kato, K., Araki, T., Ohishi, T., Kuragano, M., Takahashi, M.
  • 学会等名: 15th International Congress of Biorheology
  • 発表場所: 韓国・高麗大学
  • 年月日: 2015-05-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞コロニーの収縮力の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 出口真次、横山奨、松井翼、加藤輝
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-05-07
• [学会発表] 単一細胞の収縮能の評価技術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 横山奨、松井翼、加藤輝、荒木智彦、出口真次
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-05-07
• [学会発表] 非筋細胞内で力の発生に寄与するアクチンストレスファイバーの動態特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井翼、出口真次
  • 学会等名: 名古屋国際会議場
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-05-07
• [図書] 高度物理刺激と生体応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 分担執筆（2.2.7節）：出口真次
  • 総ページ数: 198
  • 出版者: 養賢堂
  • ISBN: 9784842505626
• [図書] 細胞のマルチスケールメカノバイオロジー (2017)
  • 著者名/発表者名: 分担執筆（4章）：出口真次
  • 総ページ数: 160
  • 出版者: 森北出版
  • ISBN: 9784627691414
• [図書] Cyclic stretch-induced reorganization of stress fibers in endothelial cells. In Vascular Engineering (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaunas, R., Deguchi, S.
  • 総ページ数: 400
  • 出版者: Springer
• [図書] Dojin Bioscienceシリーズ・メカノバイオロジー．細胞が力を感じ応答する仕組み（分担執筆：第2章 細胞における力の発生と維持機構） (2015)
  • 著者名/発表者名: 出口真次，松井翼，佐藤正明
  • 総ページ数: 368
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 大阪大学大学院基礎工学研究科・出口研究室
  • URL: http://mbm.me.es.osaka-u.ac.jp
• [備考] 名古屋工業大学・出口研ホームページ
  • URL: http://mbl.web.nitech.ac.jp