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細胞環境の動的制御手法の確立と3次元細胞システム構築への展開

公募研究

研究領域超高速バイオアセンブラ
研究課題/領域番号 24106505
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
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, 助教 (50551173)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2012年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード生物物理 / 国際情報交換・ドイツ / バイオテクノロジー / 細胞・組織 / ソフトマター / 応用光学・量子光学
研究概要

本年度は、機能性ハイドロゲルによる細胞外環境モデルと、先端的光学法による細胞力学応答評価システムを用いて、3次元細胞システムの構築を制御する外部環境因子を解明することを目指した。
まず組織形成のファーストステップである細胞接着が細胞外環境の硬さにどのように影響されるかを調べた。具体的には、筋芽細胞とゼラチン基板間の接着力をレーザー圧力波法により評価したところ、ある基板ヤング率(約10 kPa)付近で、接着力が非線形的に増大することがわかった。興味深いことに、筋芽細胞は基板硬さが約10 kPaで効率よく筋肉状組織を形成することが知られており(Engler et al., J. Cell Biol. 2004)、この結果は組織形成に最適な細胞-外部環境間相互作用に関する基礎的知見になると考えられる。また上記以外にも細胞-ゲル間の接着領域を定量観察可能な光干渉法の開発にも成功した。これら成果はJournal of Physical Chemistryなどに原著論文として発表した。
また横浜市立大学の武部准教授と領域内連携により、間葉系幹細胞と血管内皮細胞の共培養系における3次元細胞集合体形成と外部環境メカニクスとの相関解明に挑んだ。硬さの制御が可能なゲル基板を作製して実験を行ったところ、立体的な集合体形成がある範囲のヤング率のゲルでのみ誘起されることを見出した。さらに、この細胞集合過程を蛍光像観察したところ、最適なゲル上では細胞の運動速度や集団運動性が顕著に増大していることがわかった。これら結果は、外部環境の硬さが臓器形成における重要因子の一つであることを示している。これらの成果は再生医療学会などで学会発表を行い、現在論文投稿中である。また武部准教授とは再生軟骨の力学特性評価に関する共同研究も推し進め、その成果はStem Cellsに論文発表した。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Reconstruction of Joint Hyaline Cartilage by Autologous Progenitor Cell s Derived from Ear Elastic Cartilage2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 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 Microscopy2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Laser ablation for protein crystal nucleation and seeding2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Morphology and Adhesion Strength of Myoblast Cells on Photocurable Gelatin under Native and Non-native Micromechanical Environments2013

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Gel−Solution Interface on Femtosecond Laser-Induced Nucleation of Protein2013

    • 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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic field induced hopping among Arnold entrainment tongues of coupled iron electrochemical oscillators2013

    • 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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative Evaluation of Adhesion of Osteosarcoma Cells to Hydrophobic Polymer Substrate with Tunable Elasticity2012

    • 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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatially precise, soft microseeding of single protein crystalsby femtosecond laser ablation2012

    • 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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 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 flow2012

    • 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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [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総会
    • 発表場所
      国立京都国際会館、京都府
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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(A03班公募), 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
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2013-03-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] High contrast visualization of cell-hydrogel contact by advanced interferometric optical microscopy2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Quantitative evaluation of cancer cell adhesion to organosilane monolayer by reflection interference contrast microscopy2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Green-tea catechin alters the adhesion state in cancer cells, but not in normal cells2013

    • 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O-CHA学術会議 (ICOS 2013)
    • 発表場所
      グランシップ、静岡
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Suppressive effect of epigallocatechin gallate on adhesion of metastatic cancer cells studied by reflection interference contrast microscopy measurement of micropatterned cells2013

    • 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., T. Tanii
    • 学会等名
      第5回国際O-CHA学術会議 (ICOS 2013)
    • 発表場所
      グランシップ、静岡
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of Cell-Hydrogel Interfaces by Advanced Interferometric Optical Microscopy2012

    • 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
    • 年月日
      2012-10-09
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 細胞メカノセンシングの定量評価に向けたin vitro実験プラットフォームの開発2012

    • 著者名/発表者名
      松崎賢寿, M. Tanaka, S. P. Armes, K. Kratz, A. Lendelein, 日台智明, 中林誠一郎, 吉川洋史
    • 学会等名
      超高速バイオアゼンブラ 第1回若手研究者シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学iPS細胞研究所(CiRA)
    • 年月日
      2012-07-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 3次元細胞システム構築に資する細胞外環境因子の解明

    • 著者名/発表者名
      吉川洋史
    • 学会等名
      バイオアセンブラ第6回シンポジウム
    • 発表場所
      東北大学 片平さくらホール(片平キャンパス)、宮城県
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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