Cell Exerciseにおける力学とバイオの統合

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05761
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 金子 真 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70224607)
• 研究分担者: 東森 充 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (30346522) ; 洞出 光洋 大阪大学, 工学研究科, 助教 (30583116) ; 横山 詩子 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (70404994) ; 高山 俊男 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (80376954)
• 研究期間 (年度): 2015-05-29 – 2019-03-31
• キーワード: Cell Exercise / 周期加圧 / 細胞培養 / 細胞シート / 動脈移植

研究実績の概要

(1)Cell Exercise方式と一定圧力方式とでいつ有意差が出るのか：マイクロチャンバを備えたマイクロ流路を２つ並列に配置した流路系をOn-Chip内に組み込み、両者に平滑筋細胞を播種した状態で、一方の流路は一定圧力、もう一方の流路はこれまでに得られた最適加圧条件を加え、顕微鏡で同時観察を行ったところ、細胞播種後わずか３０分で両者の間の形状に統計的有意差が見られた。
(2)弾力性の高い細胞シートができる条件：平滑筋細胞の選択肢としてはヒト臍帯動脈から採取した平滑筋細胞を用いて作製した細胞シートで引っ張り試験を行った結果、ヒトの動脈に匹敵する最大破断応力が得られ、ヒトの動脈移植の可能性も視野に入ってきた。また周波数0。002Hz(周期８分)に固定して、最大圧力を180kPaからさらに上げていくと、引っ張り弾力性がさらに増加していく傾向が確認できた。
(3)弾力性の高い細胞シートができたときに現れるバイオマーカ：弾力性の高い細胞シートが得られた場合、バイオ的視点で細胞シート内部でどんな遺伝子やたんぱく質が発現しているかを調べることは興味深い。この関係が明らかになれば、バイオマーカを調べるだけで、引っ張り試験をしなくても弾力性の高い細胞シートが出来ていることがわかるようになるからである。“Cell Exercise”後に弾力性の高い細胞シートに特別なタンパク質が現れることがわかった。
(4)滑筋細胞以外の細胞でCell Exerciseを行った場合：培養心筋細胞に対して、1分毎に100 kPaと300 kPaで交互に8時間圧負荷をかけた場合、圧負荷によるBNP遺伝子の発現上昇には、α1受容体とFGF受容体が関与することが明らかになった。このように心筋細胞に対してもCell Exerciseにより顕著な違いが見られた点は特筆に値する。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Pohang Univ. of Sci. and Tech.(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Pohang Univ. of Sci. and Tech.
• [国際共同研究] Heidelberg University(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Heidelberg University
• [国際共同研究] National Chiao Tung University, Taiwan(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: National Chiao Tung University, Taiwan
• [雑誌論文] Usefulness of Exchanged Protein Directly Activated by cAMP (Epac)1-Inhibiting Therapy for Prevention of Atrial and Ventricular Arrhythmias in Mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Prajapati R, Fujita T, Suita K, Nakamura T, Cai W, Hidaka Y, Umemura M, Yokoyama U, Knollmann BC, Okumura S, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Circ J 巻: 83 ページ: 295-303
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-18-0743
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Antenatal Administration of Betamethasone Contributes to Intimal Thickening of the Rat Ductus Arteriosus (2019)
  • 著者名/発表者名: Kemmotsu T, Yokoyama U, Saito J, Ito S, Uozumi A, Nishimaki S, Iwasaki S, Seki K, Ito S, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Circ J 巻: 83 ページ: 654-661
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-18-1033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epac1 deficiency inhibits basic fibroblast growth factor-mediated vascular smooth muscle cell migration (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato Y, Yokoyama U, Fujita T, Umemura M, Kubota T, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: J Physiol Sci 巻: 69 ページ: 175-184
  • DOI: 10.1007/s12576-018-0631-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Constrained Adherable Area of Nanotopographic Surfaces Promotes Cell Migration through the Regulation of Focal Adhesion via Focal Adhesion Kinase/Rac1 Activation (2018)
  • 著者名/発表者名: Lim Jiwon、Choi Andrew、Kim Hyung Woo、Yoon Hyungjun、Park Sang Min、Tsai Chia-Hung Dylan、Kaneko Makoto、Kim Dong Sung
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 ページ: 14331～14341
  • DOI: 10.1021/acsami.7b18954
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] LED-CT Scan for pH Distribution on a Cross-Section of Cell Culture Medium (2018)
  • 著者名/発表者名: Higashino Nobuya, Takayama Toshio, Ito Hiroaki, Horade Mitsuhiro, Yamaguchi Yasutaka, Dylan Tsai Chia-Hung, Kaneko Makoto
  • 雑誌名: Sensors 巻: 18 ページ: 191～191
  • DOI: 10.3390/s18010191
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous hyperthermia-chemotherapy effect by arterial injection of Fe(Salen) for femur tumor (2018)
  • 著者名/発表者名: Umemura Masanari, Islam Md. Rafikul, Fukumura Hidenobu, Sato Itaru, Kawabata Yusuke, Matsuo Kousuke, Nakakaji Rina, Nagasako Akane, Ohtake Makoto, Takayuki Fujita, Yokoyama Utako, Nakayama Tomohiro, Eguchi Haruki, Ishikawa Yoshihiro
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 110 ページ: 356～365
  • DOI: 10.1111/cas.13851
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proteomic analysis of aortic smooth muscle cell secretions reveals an association of myosin heavy chain 11 with abdominal aortic aneurysm (2018)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Arakawa N, Ishiwata R, Yasuda S, Minami T, Goda M, Uchida K, Suzuki S, Matsumoto M, Koizumi N, Taguri M, Hirano H, Yoshimura K, Ogino H, Masuda M, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol 巻: 315 ページ: H1012-H1018
  • DOI: 10.1152/ajpheart.00329.2018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrostatic pressure suppresses fibrotic changes via Akt/GSK-3 signaling in human cardiac fibroblasts (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka R, Umemura M, Narikawa M, Fujita T, Yokoyama U, Ishigami T, Kimura K, Tamura K, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Physiol Rep 巻: 6 ページ: e13687
  • DOI: 10.14814/phy2.13687
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vidarabine, an anti-herpesvirus agent, prevents catecholamine-induced arrhythmias without adverse effect on heart function in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Suita K, Fujita T, Cai W, Hidaka Y, Jin H, Prajapati R, Umemura M, Yokoyama U, Sato M, Knollmann BC, Okumura S, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Pflugers Arch 巻: 470 ページ: 923-935
  • DOI: 10.1007/s00424-018-2121-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Acute Hyperthermia Inhibits TGF-beta1-induced Cardiac Fibroblast Activation via Suppression of Akt Signaling (2018)
  • 著者名/発表者名: Narikawa M, Umemura M, Tanaka R, Fujita T, Yokoyama U, Ishigami T, Kimura K, Tamura K, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 8 ページ: 6277
  • DOI: 10.1038/s41598-018-24749-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fabrication of engineered tubular tissue for small blood vessels via three-dimensional cellular assembly and organization ex vivo (2018)
  • 著者名/発表者名: Masuda T, Ukiki M, Yamagishi Y, Matsusaki M, Akashi M, Yokoyama U, and Arai F
  • 雑誌名: J Biotechnol 巻: 20 ページ: 46-53
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2018.04.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A selective antagonist of prostaglandin E receptor subtype 4 attenuates abdominal aortic aneurysm (2018)
  • 著者名/発表者名: Mamun A, Yokoyama U, Saito J, Ito S, Hiromi T, Umemura M, Fujita T, Yasuda S, Minami T, Goda M, Uchida K, Suzuki S, Masuda M, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Physiol Rep 巻: 6 ページ: e13878
  • DOI: 10.14814/phy2.13878
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Alternating magnetic field enhances cytotoxicity of Compound C (2018)
  • 著者名/発表者名: Akimoto T, Umemura M, Nagasako A, Ohtake M, Fujita T, Yokoyama U, Eguchi H, Yamamoto T, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 109 ページ: 3483-3493
  • DOI: 10.1111/cas.13781
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Gaseous components of cigarette smoke upregulate prostaglandin E2 receptor EP4 in aortic aneurysm (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiromi T, Yokoyama U, Takeuchi I, and Ishikawa Y
  • 学会等名: The 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] How "Human arterial graft" should be fabricated? (2018)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U
  • 学会等名: CBS 2018- IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanoresponse to periodic hydrostatic pressure enables fabrication of human arterial graft (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito J, Yokoyama U, Takayama T, Horade M, Ito H, Sugo Y, Kurasawa K, Ogawa M, Miyagi E, Kaneko M, and Ishikawa Y
  • 学会等名: American Society for Matrix Biology Biennial Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Prostaglandin E2 promotes vascular remodeling of the ductus arteriosus (2018)
  • 著者名/発表者名: Minamisawa S, Akaike T, and Yokoyama U
  • 学会等名: The 25th Euro Congress on Pediatric Heart Disease and Health
  • 国際学会
• [学会発表] Tissue-type plasminogen activator promotes intimal thickening formation of the ductus arteriosus (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito J, Yokoyama U, Nicho N, Zheng YW, Ito S, Ito S, Taniguchi H, Asou T, Masuda M, and Ishikawa Y
  • 学会等名: Weinstein 2018 Cardiovascular Development and Regeneration Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Antenatal administration of betamethasone promotes closure of the preterm ductus arteriosus via intimal thickening formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kemmotsu T, Yokoyama U, Azuma S, Saito J, Ito S, Uozumi A, Nishimaki S, Iwasaki S, Seki K, Ito S, and Ishikawa Y
  • 学会等名: Weinstein 2018 Cardiovascular Development and Regeneration Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Prostaglandin E-EP4 signaling-mediated fibulin-1 integrates extracellular matrices to promote smooth muscle cell migration of the ductus arteriosus (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Yokoyama U, Saito JZ, Y.W., Masuda M, Asou T, and Ishikawa Y
  • 学会等名: Weinstein 2018 Cardiovascular Development and Regeneration Conference
  • 国際学会
• [学会・シンポジウム開催] 2018 Int. Workshop on Bio/Medical/Cognitive Science--Current and Future Direction-- (2018)