細胞近傍のミクロ流れによる膜表面の物質取込の変化

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09875051
• 研究機関: 慶応義塾大学
• 研究代表者: 谷下 一夫 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10101776)
• 研究分担者: 池田 満里子 慶應義塾大学, 文学部・生物学, 教授 (00051368) ; 岡 浩太郎 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (10276412)
• キーワード: バイオメカニクス / 内皮細胞 / 物質移動 / ミクロ流れ / 生物流体力学

研究概要

動脈内表面に分布している内皮細胞の挙動に着目し、内皮細胞に微視的なレベルでの力学的環境を制御することによって、細胞による生理活性物質の分泌や物質の取り込みを行う。その際の細胞近傍の流れという力学的環境を明確にすることにより、未解決のメカノレセプターの存在及び分布が明らかになる可能性があり、バイオメカニクスの領域では大きなインパクトを与える成果となる。そこで、本研究では、生理活性物質の分泌や物質の取込を行っている細胞の状態をレーザー共焦点顕微鏡によって捉え、その画像から細胞モデルを構築し、細胞モデル近傍の流れを顕微鏡下での流れの計測を行って、細胞への流れによる力学的刺激と機能変化との対応を付け、メカノバイオロジカル相互作用を明確にすることを目的とする。本研究では、ブタの培養内皮細胞に流れによる剪断応力の刺激を加えてから、細胞に取り込まれるアルブミンの量を、蛍光色素をラベルしたアルブミンを用いて測定した。アルブミンは蛍光色素と結合しているため、蛍光強度の細胞内の分布をレーザー共焦点顕微鏡によって観測することができる。その結果、細胞内に取り込まれるアルブミンの量は、負荷した剪断応力の大きさによって特異的に変化することが解った。低い剪断応力では流れの負荷を与えない場合よりも増加するが、剪断応力の高い場合は、取り込み量が減少する。このような負荷する剪断応力に応じて、アルブミンの取り込みが変化することは、流れの刺激に応じて、細胞が能動的に制御していることであり、剪断応力による刺激がどのように細胞の能動的な物質移動を制御しているか興味深い問題であり、今後大きな発展が期待される。生体における物質移動の現象の捉え方に関しては、マクロからミクロへ視点が移ることによって新しい現象が見えて来ており、マイクロバイオメカニクスという分野が展開されるであろう。

研究成果

• [文献書誌] 谷下一夫: "Albumin concentration probile inside cultured endothelial cells exposed to shear stress" ASME,BED. 35. 547-548 (1997)
• [文献書誌] 谷下一夫: "Albumin uptake into cultured endotheline cells due to applied shear stress" Proc.Int.Conf.or New Frontiers in Biomach.Eng.409-410 (1997)
• [文献書誌] 谷下一夫: "Microfluid flow near the endothelial sell surface" Proc.Int.Conf.on New Frontiers in Biomech.Eng.411-412 (1997)
• [文献書誌] 谷下一夫: "Measurement of microfluid field over model endothelial cells" Advances in Biocryineering,ASME,BED. 36. 61-62 (1997)
• [文献書誌] 谷下一夫: "Effect of ober stress on mitochondrial memorane potential of vultural endothelial cells" Advances in Bioengineering,ASME,BED. 36. 63-64 (1997)
• [文献書誌] 谷下一夫: "培養内皮細胞の高分子取りこみに及ぼす壁せん新応力の影響" 日本機械学会論文集. (印刷中).