細胞外動的硬さ環境のインビトロ構築とその細胞制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 24680050
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 吉川 洋史 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50551173)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 27,820千円 (直接経費: 21,400千円、間接経費: 6,420千円); 2014年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2013年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2012年度: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
• キーワード: 細胞接着 / 細胞力学 / 光計測 / 高分子基板 / がん細胞 / 細胞組織形成 / ソフトマター / 脂質膜 / 生物物理 / 国際情報交換・ドイツ / バイオテクノロジー / 細胞・組織 / 応用光学・量子光学 / 界面科学

研究成果の概要

本研究では、細胞外環境が細胞機能に与える影響を定量評価するための新しい実験系の構築を目指した。まず種々の機能性材料（ハイドロゲル、脂質膜など）を駆使し、硬さや接着分子密度などが制御可能な細胞外環境モデル基板を構築した。そのモデル基板上でおこる様々な細胞応答（接着力、細胞膜形状など）を、独自の光技術により定量計測できることを示した。さらに、この新しい実験系を駆使することで、組織形成やがんの転移を誘導する細胞-外部環境間の力学的相互作用について定量的知見を得ることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Vascularized and Complex Organ Buds from Diverse Tissues via Mesenchymal Cell-Driven Condensation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Takebe, M. Eomura, E. Yoshizawa, M. Kimura, H. Koike, Y. Ueno, T. Matsuzaki, T. Yamazaki, T. Toyohara, K. Osafune, H. Nakauchi, H. Y. Yoshikawa, H. Taniguchi
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 16 号: 5 ページ: 556-565
  • DOI: 10.1016/j.stem.2015.03.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantifying Adhesion Mechanisms and Dynamics of Human Hematopoietic Stem Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Alexandra Burk, Cornelia Monzel, Hiroshi Y. Yoshikawa, Patrick Wuchter, Rainer Saffrich, Volker Eckstein, Motomu Tanaka, and Anthony D. Ho
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep09370
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cytoadhesion of P. falciparum-Infected Erythrocytes to Chondroitin-4-Sulfate is Cooperative and Shear- Enhanced (2015)
  • 著者名/発表者名: Harden Rieger, Hiroshi Y. Yoshikawa, Katharina Quadt, Morten A. Nielsen, Cecilia P. Sanchez, Ali Salanti, Motomu Tanaka and Michael Lanzer
  • 雑誌名: Blood 巻: 125 号: 2 ページ: 383-391
  • DOI: 10.1182/blood-2014-11-610634
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reconstruction of Joint Hyaline Cartilage by Autologous Progenitor Cell s Derived from Ear Elastic Cartilage (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mizuno, S. Kobayashi, T. Takebe, H. Kan, Y. Yabuki, T. Matsuzaki, H. Y. Yoshikawa, S. Nakabayashi, L. J. Ik, J. Maegawa, H. Taniguchi
  • 雑誌名: Stem Cells 巻: 32 号: 3 ページ: 816-821
  • DOI: 10.1002/stem.1529
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High Contrast Visualization of Cell-Hydrogel Contact by Advanced Interferometric Optical Microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matszuaki, G. Sazaki, M. Suganuma, T. Watanabe, T. Yamazaki, M. Tanaka, S. Nakabayashi, H. Y. Yoshikawa
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry letter 巻: 5 号: 1 ページ: 253-257
  • DOI: 10.1021/jz402463u
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Laser ablation for protein crystal nucleation and seeding (2014)
  • 著者名/発表者名: H.Y.Yoshikawa, R.Murai, H.Adachi, S.Sugiyama, M.Maruyama, Y.Takahashi, K.Takano, H.Matsumura, T.Inoue, S.Murakami, H.Masuhara, and Y.Mori
  • 雑誌名: Chemical Society Reviews 巻: Vol.43, No.7 号: 7 ページ: 2147-2158
  • DOI: 10.1039/c3cs60226e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Morphology and Adhesion Strength of Myoblast Cells on Photocurable Gelatin under Native and Non-native Micromechanical Environments (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Y. Yoshikawa, T. Kawano, T. Matsuda, S. Kidoaki, M. Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 117 号: 15 ページ: 4081-4088
  • DOI: 10.1021/jp4008224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Gel−Solution Interface on Femtosecond Laser-Induced Nucleation of Protein (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Nakayama, H.Y.Yoshikawa, R.Murai, M.Kurata, M.Maruyama, S.Sugiyama, Y.Aoki, Y.Takahashi, M.Yoshimura, S.Nakabayashi, H.Adachi, H.Matsumura, T.Inoue, K.Takano, S.Murakami, and Y.Mori
  • 雑誌名: CRYSTAL GROWTH & DESIGN 巻: Vol.13, Issue 4 号: 4 ページ: 1491-1496
  • DOI: 10.1021/cg301618h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic field induced hopping among Arnold entrainment tongues of coupled iron electrochemical oscillators (2013)
  • 著者名/発表者名: Koyama, H (Koyama, Hiroaki)[ 1 ] ; Nakao, H (Nakao, Hirofumi)[ 1 ] ; Yoshikawa, HY (Yoshikawa, Hiroshi Y.)[ 1 ] ; Nakabayashi, S (Nakabayashi, Seiichiro)[ 1 ]
  • 雑誌名: CHEMICAL PHYSICS LETTERS 巻: 555 ページ: 268-273
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2012.10.074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Evaluation of Adhesion of Osteosarcoma Cells to Hydrophobic Polymer Substrate with Tunable Elasticity (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Y. Yoshikawa, Jing Cui, Karl Kratz, Takahisa Matsuzaki, Seiichiro Nakabayashi, Astrid Marx, Urlike Engel, Andreas Lendlein, and Motomu Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 116 号: 28 ページ: 8024-8030
  • DOI: 10.1021/jp212385p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatially precise, soft microseeding of single protein crystalsby femtosecond laser ablation (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yoshikawa
  • 雑誌名: Cryst. Growth Des., 巻: 12(9) 号: 9 ページ: 4334-4339
  • DOI: 10.1021/cg300018t
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of a forced solution flow on the step advancement on {110} faces of tetragonal lysozyme crystals : direct visualization of individual steps under a forced solution flow (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama, H.Kawahara, G.Sazaki, S.Maki, Y.Takahashi, H.Y.Yoshikawa, S.Sugiyama, H.Adachi, K.Takano, H.Matsumura, T.Inoue, S.Murakami, and Y.Mori
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: Vol.12, Issue 6 号: 6 ページ: 2856-2863
  • DOI: 10.1021/cg300025b
  • 査読あり
• [学会発表] Evaluation of the Impact of Stiffness on Adhesion and Migration of Cancer Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamazaki, Takahisa Matsuzaki, Yuko Shimokawa, Ken Sato, Masami Suganuma, Motomu Tanaka, Seiichiro Nakabayashi, Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: 52回日本生物物理学会年会（BSJ2014）
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター, 北海道
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 多細胞系からなる複雑なヒト臓器の人為的構成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 武部 貴則、吉川洋史、谷口英樹
  • 学会等名: 第66回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター, 北海道
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Quantitative evaluation of cancer cell adhesion by functional substrate and optical interferometric technique (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: The 12th Japan-Korea Joint Symposium on Cancer and Ageing Research
  • 発表場所: Saitama Cancer Reseach Center, Saitama
  • 年月日: 2014-06-21
  • 招待講演
• [学会発表] Evaluation of the impact of stiffness on cancer cell adhesion (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamazaki, Takahisa Matsuzaki, Yuko Shimokawa, Masami Suganuma, Motomu Tanaka, Seiichiro Nakabayashi, Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: The 12th Japan-Korea Joint Symposium on Cancer and Ageing Research
  • 発表場所: Saitama Cancer Reseach Center, Saitama
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-21
• [学会発表] Evaluation of impact of extracellular stiffness on cancer cell aggregation (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuko Shimokawa, Takahisa Matuzaki，Masami Suganuma, Seiichiro Nakabayashi, Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: The 12th Japan-Korea Joint Symposium on Cancer and Ageing Research
  • 発表場所: Saitama Cancer Reseach Center, Saitama
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-21
• [学会発表] Quantitative Evaluation of Cel Adhesion by Advanced Optical Techniques (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: WPI iCeMS-“Bio Assembler”International Joint Symposium
  • 発表場所: ：iCeMS （京都大学 物質－細胞統合システム拠点）, 京都府
  • 年月日: 2014-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロパターン上への細胞接着過程のタイムラプス解析 －緑茶カテキンを含む培養液中でのがん細胞と正常細胞の比較－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂本留実，益田顕太朗，柿沼瑛介，伊藤耕作，池滝健太郎，松崎賢寿，吉川洋史，中林誠一郎，山本英明，佐藤裕子，谷井孝至
  • 学会等名: 第６１回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス、神奈川県
• [学会発表] 臓器原基創出法を活用した多細胞系からなる複雑な立体組織の人為的構成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 武部貴則、吉川洋史、谷口英樹
  • 学会等名: 第１３回日本再生医療学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館、京都府
• [学会発表] 光干渉法を用いたがん細胞－有機シラン単分子膜間接着の定量評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 耕作、松崎 賢寿、柿沼 瑛介、益田 顕太朗、坂本 留実、菅沼雅美、中林 誠一郎 谷井 孝至、吉川 洋史
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都府
• [学会発表] 有機シラン単分子膜パターン基板を用いた癌細胞の接着能評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柿沼 瑛介、益田 顕太朗、坂本 留実、伊藤 耕作、松崎 賢寿、吉川 洋史、中林 誠一郎、山本 英明、佐藤 裕子、品田 賢宏、谷井 孝至
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都府
• [学会発表] High contrast visualization of cell-hydrogel contact by advanced interferometric optical microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuzaki, G. Sazaki, M. Suganuma, T. Watanabe, M. Tanaka, S. Nakabayashi, H. Yoshikawa
  • 学会等名: The 4th Physics of Cancer symposium
  • 発表場所: University of Leipzig, Germany
• [学会発表] Quantitative evaluation of cancer cell adhesion to organosilane monolayer by reflection interference contrast microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ito, E. Kakinuma, K. Masuda, T. Matsuzaki, M. Suganuma, M. Tanaka, S. Nakabayashi, T. Tani, H. Yoshikawa
  • 学会等名: The 4th Physics of Cancer symposium
  • 発表場所: University of Leipzig, Germany
• [学会発表] 光干渉法を用いた細胞-ハイドロゲル間接着の定量評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松崎 賢寿、佐崎 元、菅沼 雅美、渡邊 達郎、山崎 喬、下川 裕子、Tanaka Motomu、中林 誠一郎、吉川 洋史
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館、京都府
• [学会発表] Green-tea catechin alters the adhesion state in cancer cells, but not in normal cells (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda, E. Kakinuma, R. Sakamoto, K. Ito, K. Iketaki, T. Matsuzaki, H. Yoshikawa, S. Nakabayashi, H. Yamamoto, H. T. Chi, Y. Sato, T. Tanii
  • 学会等名: 第5回国際OCHA学術会議 (ICOS 2013)
  • 発表場所: グランシップ、静岡県
• [学会発表] Suppressive effect of epigallocatechin gallate on adhesion of metastatic cancer cells studied by reflection interference contrast microscopy measurement of micropatterned cells (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Sakamoto, K. Masuda, E. Kakinuma, K. Ito, K. Iketaki, T. Matsuzaki, H. Yoshikawa, S. Nakabayashi, H. Yamamoto, Y. Sato, T. Tanii
  • 学会等名: 第5回国際OCHA学術会議 (ICOS 2013)
  • 発表場所: グランシップ、静岡県
• [学会発表] 自己耳介由来軟骨前駆細胞を用いた関節軟骨再構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水野満, 小林眞司, 武部貴則, 鈴木啓, 村田駿介, 矢吹雄一郎, 安村和則, 松崎賢寿, 吉川洋史, 中林誠一郎, 前川二郎, 谷口英樹
  • 学会等名: 第12回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: 横浜・パシフィコ横浜
• [学会発表] 集光短パルスレーザーを駆使したタンパク質結晶化・細胞接着力測定法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史
  • 学会等名: 第8回鴨叡会・生命分子化学科セミナー
  • 発表場所: 京都府立大学(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-05
• [学会発表] Bio-applications of ultrafast laser pulses to protein crystallization and cell adhesion strength measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史
  • 学会等名: エクストリームフォトニクスセミナー
  • 発表場所: 和光・理化学研究所(招待講演)
  • 年月日: 2012-05-31
• [学会発表] Bio-applications of ultrafast laser pulses to protein crystallization and cell adhesion strength measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史
  • 学会等名: エクストリームフォトニクスセミナー
  • 発表場所: 和光・理化学研究所
  • 年月日: 2012-05-31
• [学会発表] Visualization of Cell-Hydrogel Interfaces by Advanced Interferometric Optical Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuzaki, M. Suganuma, T. Watanabe, G. Sazaki, M. Tanaka, S. Nakabayashi, H. Y. Yoshikawa
  • 学会等名: 9th International symposium Gelsympo 2012
  • 発表場所: つくば・国際会議場
• [学会発表] 光技術による細胞接着の定量評価
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史
  • 学会等名: バイオアセンブラ第5回シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 先端技術研究センター ENEOSホール、東京都
  • 招待講演
• [学会発表] 光干渉を用いた細胞－ハイドロゲル界面可視化法の開発
  • 著者名/発表者名: 松崎賢寿, 菅沼雅美, 渡辺達郎, 佐崎元, Motomu Tanaka, 中林誠一郎, 吉川洋史'
  • 学会等名: バイオアセンブラ第2回若手シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 生産技術研究所 コンベンションホール、東京都
• [学会発表] 細胞外環境モデルの構築と細胞力学応答の評価
  • 著者名/発表者名: 山崎喬, 松崎賢寿, 菅沼雅美, Motomu Tanaka, 中林誠一郎, 吉川洋史
  • 学会等名: バイオアセンブラ第2回若手シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 生産技術研究所 コンベンションホール、東京都
• [図書] Chapter 13, Quantitative Evaluation of Cell-Hydrogel Adhesion by Advanced Optical Techniques, Hyper Bio Assembler for 3D Cellular Systems(Ed. T. Arai, F. Arai, M. Yamato) (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Y. Yoshikawa
  • 出版者: Springer
• [図書] 第1編 第1章 第2節 「細胞ーゲル間接着の定量的可視化」, 三次元ティッシュエンジニアリング, (2015)
  • 著者名/発表者名: 松崎賢寿，吉川洋史
  • 総ページ数: 346
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [備考] 臓器の芽を作製する革新的な培養手法を確立－腎臓や膵臓など、さまざまな器官再生へ道－
  • URL: http://www.saitama-u.ac.jp/topics_archives/20150417-1.html
• [産業財産権] 自己組織化用細胞集合体の作製方法 (2015)
  • 発明者名: 武部貴則、谷口英樹、吉川洋史
  • 権利者名: 武部貴則、谷口英樹、吉川洋史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-02-26
  • 外国
• [産業財産権] 自己組織化用細胞集合体の作製方法 (2014)
  • 発明者名: 武部貴則、谷口英樹、吉川洋史
  • 権利者名: 武部貴則、谷口英樹、吉川洋史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-037341
  • 出願年月日: 2014-02-27