| 研究概要 |
骨系細胞の様々な活動は,生化学因子のみならず,力学的因子によっても調整されていると考えられており,細胞の力学刺激感知機構を詳細に解明することが,細胞活動における力学因子の役割を明らかにする上で重要である.力学刺激に対する細胞応答の一つとして,細胞内カルシウムイオンの濃度上昇が知られている.この応答に対して,細胞を構成する細胞骨格や膜などの各構造要素が寄与すると考えられている.そこで,本研究では,細胞膜に生じる変形量(ひずみ)に着目した.また,骨格タンパク質や膜の粘弾性特性に着目し,カルシウム応答の発生時に細胞に与えられるひずみ,および,その速度との関連について検討した.
細胞膜と細胞内カルシウムイオンを同時に蛍光標識した骨芽細胞に対して,マイクロニードルを直接押し込むことにより刺激を与え,細胞膜の変形量および細胞内カルシウムイオンの濃度変化を同時に観察する実験系を構築した.また,細胞膜の変形量を評価するために,画像相関法を用いて膜の面積ひずみを定義し,カルシウム応答を誘起する細胞膜の変形量を評価した.
まず,細胞に対するマイクロニードルの据え付け方と移動方向を変えることにより,異なる方法で力学刺激を与えた.その結果,カルシウム応答の発生において,細胞膜に生じたひずみの値は,ほぼ同一であることが確認された.この結果から,細胞のカルシウム応答の発生は,細胞膜の変形量に依存し,その大きさに閾値が存在する可能性が示唆された.
次に,マイクロニードルの変形速度を制御して刺激を与えた.その結果,ニードルの変位速度が大きくなるに従い,カルシウム応答の発生までに生じる細胞膜のひずみが小さくなることが確認された.この結果から,細胞のカルシウム応答は,細胞に与えられる変形速度に関係する可能性が示唆された.
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