細胞形態・機能調節のための細胞-材料相互作用のナノバイオメカニクス研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15680015
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 木戸秋 悟 九州大学, 大学院・医学研究院, 助教授 (10336018)
• キーワード: 細胞バイオメカニクス / 細胞-材料相互作用 / 細胞形態制御 / 原子間力顕微鏡 / NO産生

研究概要

本研究では、細胞-材料相互作用のナノレベルでのバイオメカニクスの理解を押し進め、細胞形態・機能を調節する細胞外環境・材料のメカニカルな条件制御に基づく分子設計指針の拡充を目的とした。一分子観察用超微弱光検出蛍光顕微鏡と原子間力顕微鏡、および顕微分光器のカップリングシステムを応用し、(a)細胞の形態決定に関わる力学的諸要因の定量(膜弾性・膜張力・細胞骨格構造・細胞接着力等)を行い、細胞膜の粘弾性分布と細胞骨格分布の相関解析を進めるとともに、(b)種々のモデル基材・マトリックスの表面特性・力学的特性のナノレベルでの設計と評価、および(c)細胞-材料相互作用の力学的側面からの系統的解析を組み合わせ、細胞形態・機能調節に関わるナノメカニクス要因の総合的解析・有機的理解を目指した。初年度は以下の二項目について成果を得た。
1)形態規制的に培養した細胞のナノバイオメカニクス解析:
細胞が基材表面に接着・伸展する際の形態は、膜弾性・膜張力分布と細胞骨格分布の動的変化、および細胞接着界面の安定性等の力学的諸要因間の相互連関によって決定される。このような連関の有機的理解を目指し、本年度は、光化学反応によって作成した微細パターン化表面上でいろいろな形態に規制的培養した細胞について、膜弾性・膜張力分布と細胞骨格分布の動的変化、および細胞接着界面の安定性等の力学的諸要因間の相互連関を調べた。形態規制培養細胞が自然伸展細胞に比べ顕著に硬化する傾向を明らかにした。
2)機能調節のナノバイオメカニクス解析:
パターン化表面上で形態規制的培養した血管内皮細胞について、NO産生量を蛍光顕微分光によって定性・定量するとともに、Iの手法によって得られるナノバイオメカニクスデータとの相関を解析した。自然伸展→円型→紡錘型の順でNO産生量が低下する一方で、細胞は硬化する傾向を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Matsuda, I.K.Kwon, S.Kidoaki: "Photocurable biodegradable liquid copolymer : synthesis of acrylate-endcapped trimethylene carbonate-based prepolymers, photocuring and hydrolysis"Biomacromolecues. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] T.Iwataki, S.Kidoaki, T.Sakaue, K.Yoshikawa, S.S.Abramuchuk: "Competition Between Compaction of Single Chains and Bundling of Multiple Chains in Giant DNA Molecules"J.Chem.Phys.. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] S.Kato, S.Kidoaki, T.Matsuda: "Substrate-dependent Cellular Behaviors of Swiss 3T3 Fibroblasts and Activation of Rho Family during Adhesional and Spreading Processes"J.Biomed.Mater.Res. 68. 314-324 (2004)
• [文献書誌] T.Okuda, S.Kidoaki, M.Ohsakia, Y.Koyama, K.Yoshikawa, T.Niidome, H.Aoyagi: "Time-dependent complex formation of dendritic poly(L-lysine)s with plasmid DNA and correlation with in vitro transfection efficiencies"Org.Biomol.Chem.. 1. 1270-1273 (2003)
• [文献書誌] Y.Nakayama, A.Furumoto, S.Kidoaki, T.Matsuda: "Photocontrol of Cell Adhesion and Proliferation by a Photoinduced Cationic Polymer Surface"Photochem.Photobiol.. 77. 480-486 (2003)