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原子間力顕微鏡による発生胚メカニクスの時空間挙動の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17J01389
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関北海道大学

研究代表者

藤井 裕紀  北海道大学, 大学院情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード細胞メカニクス / 原子間力顕微鏡 / 上皮細胞シート / 発生 / 細胞分裂 / 細胞骨格
研究実績の概要

1.上皮細胞は単層の細胞集団として発生や創傷治癒などの機能を示すことが知られている。このような機能のメカニクスについての研究として、牽引力分布の計測が行われているが、硬さ(ヤング率)の空間的な分布は不明であった。そこで、上皮細胞集団を原子間力顕微鏡(AFM)計測し、ヤング率の空間分布を調べた。これにより、細胞間距離を超える距離でヤング率の相関があることを明らかにした。さらに、アクチン繊維構造の阻害や、E-カドヘリン細胞接着タンパクの阻害をすると、ヤング率の細胞間の相関が失われた。このことから、アクチン骨格の細胞間にまたがる構造が、細胞集団的なヤング率の空間分布を形成していることを明らかにした。この内容についてまとめ、国際誌への論文掲載を行なった。
2.昨年度に提唱した、傾斜を持つサンプル表面で定量的なヤング率を計測できる弾性接触モデルを生体サンプルに適用し、ヤング率の傾斜依存性を調べた。その結果、大きい傾斜角度を持つホヤ胚で、傾斜部分のヤング率が補正されたことにより、同じ細胞内で生じていたヤング率値の勾配が解消された。これにより、本解析モデルが3次元的な構造を持つ細胞集団サンプルのAFMによるヤング率マッピング計測に有用であることを明らかにした。この内容について、国際会議での口頭発表と国際誌への論文掲載を行なった。
3.昨年度までに行った、ホヤ発生胚のAFM計測から得られた知見を元に、より詳細にホヤ胚のヤング率計測を行い、1細胞分解能で発生胚の細胞メカニクスを明らかにした。胚の陥入領域における細胞ヤング率の不均一性に加えて、胚の最初期の細胞分化が見られる領域で、神経索や脊索となる分化運命の異なる隣接する細胞のヤング率が異なっていることをAFM計測により新たに明らかにした。これらの成果についてまとめた論文を現在執筆中である。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Calibrating the Young’s modulus of soft materials with surface tilt angle measured by atomic force microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujii, T. Okajima
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 9 号: 1 ページ: 015028-015028

    • DOI

      10.1063/1.5046372

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spontaneous Spatial Correlation of Elastic Modulus in Jammed Epithelial Monolayers Observed by AFM2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujii, Y. Ochi, M. Tuchiya, M. Kajita, Y. Fujita, Y. Ishimoto, T. Okajima
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 116 号: 6 ページ: 1152-1158

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2019.01.037

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regulation of neuritogenesis in hippocampal neurons using stiffness of extracellular microenvironment2018

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Aya、Fujii Yuki、Kasai Nahoko、Okajima Takaharu、Nakashima Hiroshi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 13 号: 2 ページ: e0191928-e0191928

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0191928

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Mapping cell stiffness of living embryo during the developmental process by atomic force microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujii, T. Okajima
    • 学会等名
      ACSIN-14&ICSPM26
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 原子間力顕微鏡による発生胚の弾性率のタイムラプス測定2018

    • 著者名/発表者名
      藤井裕紀、今井太一、小泉航、堀田耕司、岡浩太郎、岡嶋孝治
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Spatiotemporal change in cell stiffness during early embryogenesis investigated by atomic force microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Y.Fujii, T. Imai, W. Koizumi, K. Hotta, K. Oka, and T.Okajima
    • 学会等名
      62nd Annual Meeting Biophysical Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 初期胚発生過程における細胞弾性率と細胞骨格構造の時空間変動2017

    • 著者名/発表者名
      藤井裕紀、今井太一、小泉航、堀田耕司、岡浩太郎、岡嶋孝治
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Quantifying elastic modulus of soft samples with tilting angle by atomic force microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Y.Fujii and T.Okajima
    • 学会等名
      25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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