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再生医療においては、使用する幹細胞の性質を長期間安定に保持しつつ大量に増殖させる技術の拡充が強く求められている。本研究はこの課題に応えるため、幹細胞の分化フラストレーションを誘導する微視的培養力学場の勾配材料・パターニング材料を開発し、間葉系幹細胞やiPS細胞の大量増殖、安定供給を可能とする新規の培養基材の構築を目的とする。幹細胞の分化フラストレーションとは、細胞サイズ以下の微視的な不均一弾性分布を有する培養基材上で、幹細胞の系統決定が抑制される現象であり、研究代表者らが独自に見出した知見である。最終年度である平成26年度には、分化フラストレーション現象の分子生物学的根拠の確立データの充実とともに、本課題の最終目標であるところの間葉系幹細胞の大量増殖のためのパターニング基材の作製を進めた。前者の間葉系幹細胞の分化ブラストレーションが発現するための入力条件となる、培養基材からのメカニカルシグナルの振動状態について、昨年度までに起ち上げた弾性パターニングゲル上での細胞接着牽引力顕微解析技術をさらに改良した。一体の間葉系幹細胞の運動過程において、基材で観測される牽引力シグナルの時空間ダイナミクスを詳細に可視化することに成功し、弾性ストライプパターニングゲル上で確かに牽引力シグナルの入力が強制的に振動を誘起されていることを確定した。分化フラスレーション現象誘起の定量的根拠データを取得することに成功した。後者のゲルの大面積化については、従来の光架橋性ゲルの弾性パターニングとともに、熱分解型アゾ重合開始剤を用いた大面積均一ゲル化を組み合わせる手法により、ミクロンスケール弾性パターニングのセンチメートルオーダー以上での大面積化を達成できた。この大面積型弾性パターニングゲル上での分化フラストレート間葉系幹細胞の品質保持として、未分化マーカーの発現状態の正常性および三方向分化能の保持を確認した。
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