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前年度までの研究により、内胚葉由来腸上皮細胞株CACO2を、三次元管腔培養デバイス用いて、柔らかいコラーゲンゲル足場上に管腔状に培養したところ、細胞・組織レベルで生体を模倣した絨毛様上皮構造が誘導された。この絨毛様構造は細胞同士が押し合う応力によって誘導されたと考えられるが、それのみならず、上皮細胞を三次元で管腔状で培養することにより、二次元培養では形成されていなかったアクチンストレスファイバーの形成が促進され、その局在が足場として用いたゲル付近に集積していた。この結果から、三次元管腔状に配置された上皮細胞は足場を牽引する力を発生させ、自発的に足場の物性をコントロールしていることが示唆された。
実際に培養中に管腔の直径とゲルの物性を測定可能な実験系を樹立して、ゲルの硬さの時系列変化を測定したところ、ゲルの硬さが培養と共に柔らかくなっていった。ゲルの硬さや物性が上皮細胞の分化に影響を及ぼすのかを調べるために、光架橋を用いてゼラチンを重合させる方法を用いて、足場物性を制御して三次元管腔培養可能な実験手法を樹立した。
中胚葉由来血管内皮細胞を壁細胞を一週間以上共培養することによって、ゲル側に突出して成熟した血管新生を誘導することに成功した。壁細胞は分泌因子によって血管新生を制御しているのみならず、足場のECMの構成を変化させることよって、血管新生を安定化させたと考えられる。
またマウス中胚葉由来の新生仔期膣上皮細胞を三次元で平面的に培養することで多層上皮を誘導することができるが、コラーゲンのファイバー化に関わる遺伝子のノックダウンによってこの多層化は抑制された。さらに、より柔らかいコラーゲンゲル上で培養することでも、上皮の多層化は抑制された。
このように、上皮の立体構造は足場の硬さによって変化するという、胚葉を超えた共通性が解明された。
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