• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

細胞メカノ活性化効果を最適化する非一様力学場培養技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K18326
研究種目

挑戦的研究(開拓)

配分区分基金
審査区分 中区分90:人間医工学およびその関連分野
研究機関九州大学

研究代表者

木戸秋 悟  九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10336018)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
25,740千円 (直接経費: 19,800千円、間接経費: 5,940千円)
2024年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2023年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
キーワード細胞メカノ活性化 / 非一様力学場 / 細胞内部応力ゆらぎ / メカノバイオロジー / 非定住運動 / 内部応力ゆらぎ
研究開始時の研究の概要

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。

研究実績の概要

本研究課題は、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。研究代表者は最近独自に、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 する結果として、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見出した。『非一様力学場上での細胞の自発的運動自体が細胞内部応力 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、および主に間葉系幹細胞(MSC)の治療有効性増強を踏まえた実用展開の開拓に取り組む。
2023年度第3年次は、初年度に見出した、MSCのメカノ活性化を強化する弾性パターニング基材の新たな四角形パターン上で培養したMSCに対して、2年次に検討した応力非平衡度の簡便な評価法を完成させた。それは細胞運動に伴う形態の長周期ゆらぎの波形特性を解析するものであり、形態変化の加速度波形をwavelet解析する手法を開発した。wavelet平均、標準変化、およびエネルギーが、細胞内部応力ゆらぎの増幅度とよく相関することを確定し、牽引力顕微解析によらずともメカノ活性化状態に至っているかどうかを形態観察だけから明らかにし得る技術を完成できた。さらに、これらの評価とともに、細胞の分泌サイトカインの評価をサイトカインアレイを用いて行い、メカノ活性化細胞のサイトカイン分泌調節の応答を系統的に確認する実験系を確立することができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

メカノ活性化を促進し得る新たなパターンの設計および、メカノ活性化を簡便に評価し得るwavelet解析指標と算出アルゴリズムの確立には成功している。一方、これらに基づき細胞からの治療有効性成分の分泌の系統的評価に関しては、細胞の性状の安定化に常に大きな課題があり、より多くの試行を繰り返さなければいけないことが見えてきている。このため、予想よりも実験量および実験に必要な期間が長引くこととなり、サイトカインアレイによる分泌評価は完了には至らなかった。この点、やや遅れているものの、3年次4年次を通じて行う予定としていた実験項目でもあり、引き続き実施していくことで遅れは解消できるものと考えられる。

今後の研究の推進方策

第4年次最終年度には、メカノ活性化MSCの治療有効性サイトカインの分泌評価と、さらにメカノ活性化MSCと末梢血単核細胞(PMSC)との共培養系におけるT細胞画分の変動解析を当初よりの課題としている。これまでの3年間の研究期間を通じて、上述のように新たなメカノ活性化増強パターンの設計と、メカノ活性化状態の簡便評価指標の開発の成功を踏まえて、これらの最終年度の項目を実施すること、本研究の目的としている治療有効性増強MSCの創出技術を開発できるものと考えている。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 審査結果の所見   実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 7件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] A plasmonic metasurface reveals differential motility of breast cancer cell lines at initial phase of adhesion2024

    • 著者名/発表者名
      Lee Shi Ting、Kuboki Thasaneeya、Kidoaki Satoru、Aida Yukiko、Arima Yusuke、Tamada Kaoru
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces B: Biointerfaces

      巻: 238 ページ: 113876-113876

    • DOI

      10.1016/j.colsurfb.2024.113876

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Guideline for design of substrate stiffness for mesenchymal stem cell culture based on heterogeneity of YAP and RUNX2 responses2023

    • 著者名/発表者名
      Miyoshi Hiromi、Yamazaki Masashi、Fujie Hiromichi、Kidoaki Satoru
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 20 号: 2 ページ: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v20.0018

    • ISSN
      2189-4779
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cell adhesion control through culture substrate design (Considerations for incorporating molecular mechanisms of adhesion mechanics into biomaterials engineering)2023

    • 著者名/発表者名
      MASAIKE Sayaka、KIDOAKI Satoru
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering

      巻: 18 号: 4 ページ: 23-00358-23-00358

    • DOI

      10.1299/jbse.23-00358

    • ISSN
      1880-9863
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Actin crosslinking by α-actinin averts viscous dissipation of myosin force transmission in stress fibers2023

    • 著者名/発表者名
      Katsuta Hiroki、Okuda Satoru、Nagayama Kazuaki、Machiyama Hiroaki、Kidoaki Satoru、Kato Masashi、Sokabe Masahiro、Miyata Takaki、Hirata Hiroaki
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 26 号: 3 ページ: 106090-106090

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.106090

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interplay among cell migration, shaping, and traction force on a matrix with cell-scale stiffness heterogeneity2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ebata , Satoru Kidoaki
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 19 号: 0 ページ: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0036

    • ISSN
      2189-4779
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Local pH mapping in the cell adhesion nano-interfaces on a pH-responsive fluorescence-dye-immobilized substrate.2022

    • 著者名/発表者名
      Sayaka Masaike, Yukie Tsuji, Satoru Kidoaki
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 39 ページ: 347-355

    • DOI

      10.1007/s44211-022-00239-8

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞操作変数としての高分子基材の変形特性2022

    • 著者名/発表者名
      政池 彩雅、木戸秋 悟
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 71 ページ: 164-168

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Avoiding tensional equilibrium in cells migrating on a matrix with cell-scale stiffness-heterogeneity2021

    • 著者名/発表者名
      H. Ebata and S. Kidoaki
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 274 ページ: 120860-120860

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2021.120860

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adhesive-ligand-independent cell-shaping controlled by the lateral deformability of a condensed polymer matrix2021

    • 著者名/発表者名
      S. Masaike, S. Sasaki, H. Ebata, K. Moriyama, S. Kidoaki
    • 雑誌名

      Polymer J

      巻: 54 号: 2 ページ: 211-222

    • DOI

      10.1038/s41428-021-00577-w

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nuclear activation in dual-durotaxing cells on a matrix with cell-scale stiffness-heterogeneity2021

    • 著者名/発表者名
      Kidoaki Satoru、Ebata Hiroyuki、Moriyama Kosuke、Kuboki Thasaneeya、Tsuji Yukie、Sawada Rumi、Sasaki Saori、Okuda Tatsuya、Hamano Kosuke、Kawano Takahito、Yamamoto Aki、Kono Ken、Tanaka Kazusa
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2021.10.30.466554

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞スケール不均一弾性場における細胞形状と運動のダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      EBATA Hiroyuki、KIDOAKI Satoru
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 61 号: 3 ページ: 152-156

    • DOI

      10.2142/biophys.61.152

    • NAID

      130008045193

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 微視的ヘテロ力学場を用いた治療効果増強幹細胞の培養技術2021

    • 著者名/発表者名
      木戸秋 悟
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 276 ページ: 241-245

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 高分子薄膜力学場における細胞モーション解析2023

    • 著者名/発表者名
      廣岡穂菜美、政池彩雅、木戸秋悟
    • 学会等名
      第35回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 非一様力学場運動による間葉系幹細胞の長周期ゆらぎ調節と 治療有効性増強効果2023

    • 著者名/発表者名
      木戸秋 悟
    • 学会等名
      化学工学会第54秋季年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 非一様力学場がもたらす運動幹細胞の長周期ゆらぎ増幅と治療作用増強効果2023

    • 著者名/発表者名
      木戸秋 悟
    • 学会等名
      第74回コロイド界面化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Therapeutic potential of regulation of long-period fluctuations in mesenchymal stem cells migrating on a matrix with cell-scale stiffness heterogeneity2023

    • 著者名/発表者名
      Satoru Kidoaki
    • 学会等名
      International Symposuim on Mechanobiology for Human Health
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Manipulation of cellular duroraxis on a matrix with cell-scale stiffness-heterogeneity2022

    • 著者名/発表者名
      Satoru Kidoaki
    • 学会等名
      Engineering Mechanics of Cell and Tissue Morphogenesis 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非一様力学場がもたらす 運動細胞のメカノ活性化2022

    • 著者名/発表者名
      木戸秋悟
    • 学会等名
      第34回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 形態揺らぎ増幅細胞におけるクロマチン動態解析2022

    • 著者名/発表者名
      立木旭 , 木戸秋悟
    • 学会等名
      第 73 回コロイドおよび界面化学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 非一様力学場・非定住培養による 核活性化・治療効果増強 間葉系幹細胞の創出2022

    • 著者名/発表者名
      木戸秋 悟
    • 学会等名
      第21回再生医療学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞核の応力増幅培養による 間葉系幹細胞の活性化2021

    • 著者名/発表者名
      木戸秋 悟
    • 学会等名
      第33回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nuclear activation by avoiding tensional equilibrium in the cells migrating on matrix with stiffness-heterogeneity2021

    • 著者名/発表者名
      Satoru Kidoaki , Hiroyuki Ebata, Kousuke Moriyama, Thasaneeya Kuboki, Yukie Tsuji, Rumi Sawada, Misaki kaneshiro, Kazusa Tanaka, Ken Kono
    • 学会等名
      RIMS Work Shop
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] Material-Based Mechanobiology: Chap12; Manipulation of durotaxis on a matrix with cell-scale stiffness heterogeneity2022

    • 著者名/発表者名
      Satoru Kidoaki; J. Nakanishi, K. Uto ed.,
    • 総ページ数
      350
    • 出版者
      Royal Socienty of Chemistry, UK
    • ISBN
      183916185X
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-07-13   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi