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各種石灰化形成における細胞動態の解析とそれを利用した生体外石灰化モデルの構築

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 24106507
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
研究機関北九州市立大学 (2013)
大阪大学 (2012)

研究代表者

木原 隆典  北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (90436535)

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)
キーワード細胞・組織 / 石灰化 / 細胞動態 / シミュレーション / 間葉系幹細胞 / 癌細胞 / 生物・生体工学
研究概要

生体内の様々な部位で生じる正常・異所性石灰化の形成機構・形成制御について統一的に検討する系を構築することができれば、広く生体内石灰化機構の解明とその制御に大いに資する。本研究では、細胞培養系で生じる石灰化を生体内で生じる様々な石灰化組織の再現系として捉え、各種生体内石灰化現象を生体外にて解析するための方法論の提案を目指す。
今年度は作成した石灰化シミュレーターを用いて、ヒト間葉系幹細胞の石灰化形成過程の解析を行った。ヒト間葉系幹細胞は個人差が大きいことから3人のドナーの細胞を実験に用いた。まず、ヒト間葉系幹細胞を培養条件下で石灰化させ、それぞれの細胞の石灰化過程の画像を取得した。得られた画像から骨芽細胞数と石灰化領域を算出し、経時的な細胞数と石灰化領域の変化をそれぞれのドナー細胞に対して得た。これらの数値データおよび画像データを再現可能なパラメーターの値を石灰化シミュレーターによって解析した。3ドナー全てに共通するパラメーターとして、ヒト間葉系幹細胞は細胞間相互作用が大きく、さらに骨芽細胞への分化も早期に生じていることが明らかとなった。特に細胞分化は幹細胞からの分化が生じやすいことが原因であると考えられた。また、分化した骨芽細胞からの石灰化形成は抑制されており、特に石灰化拡大のパラメーターは極度に抑制されていた。
さらに、作成した石灰化シミュレーターを改変し、癌細胞の正常細胞への浸潤の過程を解析するためのシミュレーターも作成した。
研究期間全体では、間葉系幹細胞の骨芽細胞分化・石灰化形成過程をモデルとした石灰化シミュレーターをセルオートマトンのシステムで新規に開発を行った。作成した石灰化シミュレーターによってラット間葉系幹細胞、ヒト間葉系幹細胞、ヒト骨肉腫細胞による石灰化過程の解析を実際に行い、それぞれの石灰化現象を統一的に解析するプラットフォームの構築に成功した。

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

    (13件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Measurement of biomolecular diffusion in extracellular matrix condensed by fibroblasts using fluorescence correlation spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Kihara, T., Ito, J., Miyake, J
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 8 号: 11 ページ: e82382-e82382

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0082382

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of in vitro three-dimensional multilayered blood vessel model using human endothelial and smooth muscle cells and high-strength PEG hydrogel2013

    • 著者名/発表者名
      Shinohara S, Kihara T, Sakai S, Matsusaki M, Akashi M, Taya M, Miyake J
    • 雑誌名

      J Biosci Bioeng

      巻: 116 号: 2 ページ: 231-4

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2013.02.013

    • NAID

      110009657208

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Actin-based biomechanical features of suspended normal and cancer cells2013

    • 著者名/発表者名
      Haghparast SMA, Kihara T, Shimizu Y, Yuba S, Miyake J
    • 雑誌名

      J. Biosci. Bioeng

      巻: in press

    • NAID

      110009657237

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] シミュレーションを利用した培養石灰化組織のプロセス解析2013

    • 著者名/発表者名
      木原隆典, 柏谷康介, 鈴木達郎, 弓場俊輔, 三宅淳
    • 学会等名
      第65回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      広島
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 石灰化形成シミュレーターによる培養骨組織の解析2013

    • 著者名/発表者名
      木原隆典, 柏谷康介, 鈴木達郎, 弓場俊輔, 三宅淳
    • 学会等名
      第45回日本結合組織学会学術大会 第60回マトリックス研究会大会 合同学術集会
    • 発表場所
      和歌山
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 細胞による三次元空間内での石灰化制御メカニズム2013

    • 著者名/発表者名
      木原隆典, 古谷由果里
    • 学会等名
      第36回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 細胞による石灰化組織形成2013

    • 著者名/発表者名
      木原隆典
    • 学会等名
      東京女子医科大学 第59回G-COEセミナー
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 各種石灰化形成における細胞動態の解析とそれを利用した生体外石灰化モデルの構築2013

    • 著者名/発表者名
      木原隆典
    • 学会等名
      第2回バイオアセンブラ若手シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 培養骨組織形成シミュレータSim-Culture boneを用いた石灰化形成現象の解析2012

    • 著者名/発表者名
      鈴木達郎, 木原隆典, 柏谷康介, 弓場俊輔, 三宅淳
    • 学会等名
      第64回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2012-10-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ゼラチンゲルを基質として用いた血管様構造体の構築2012

    • 著者名/発表者名
      篠原翔, 木原隆典, 境慎司, 田谷正仁, 三宅淳
    • 学会等名
      第64回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2012-10-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of in vitro blood vessel model using PEG crosslinking gelatin hydrogel2012

    • 著者名/発表者名
      篠原翔, 木原隆典, 境慎司, 田谷正仁, 三宅淳
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2012
    • 発表場所
      豊中
    • 年月日
      2012-09-07
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 細胞の社会学について考えてみる2012

    • 著者名/発表者名
      木原隆典
    • 学会等名
      第5回ナノバイオ若手ネットワーキングシンポジウム
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2012-06-08
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of in vitro blood vessel inflammation model for dynamic analysis of atherosclerosis2012

    • 著者名/発表者名
      Shinohara, S., Kihara, T., Sakai, S., Taya, M., Miyake, J.
    • 学会等名
      Bionsensors2012
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2012-05-15
    • 関連する報告書
      2012 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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