細胞内張力分布の直接的操作による細胞分裂制御の試み

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24650257
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 長山 和亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10359763)
• 連携研究者: 松本 健郎 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (30209639) ; 杉田 修啓 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教 (20532104)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: バイオメカニクス / 生体・情報計測 / 細胞骨格 / 細胞核 / メカノトランスダクション

研究概要

本研究では，細胞内の張力分布を直接操作することで，細胞分裂や増殖性にどのような影響を与え得るか調べた．マイクロピラー基板上で細胞を培養し，ピラーの変形量から細胞接着部の張力を計測し，細胞に変形を加えながら細胞内張力分布を計測・操作する手法を開発した．これを用いてヒト子宮頸がん由来細胞株（HeLa細胞）に対し，引張りを加えたときの，細胞分裂への影響を調べた．有糸分裂開始直前に，染色体赤道面に垂直に引張りを加えると，当初の向きと直行方向に有糸分裂が進み，やや遅れて細胞質分裂に至るという興味深い結果が得られた．ひずみ負荷のタイミングや方向を調整して細胞分裂の方向や頻度を制御できる可能性が得られた．

研究成果

• [雑誌論文] Estimation of the mechanical connection between apical stress fibers and the nucleus in vascular smooth muscle cells cultured on a substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagayama K, Yamazaki S, Yahiro Y, Matsumoto T.
  • 雑誌名: Journal of Biomechanics 巻: 47 ページ: 1422-1429
  • 査読あり
• [雑誌論文] -最近の進歩-細胞のバイオメカニクス : 組織再生に向けたメカノトランスダクションの理解とその制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮,松本健郎
  • 雑誌名: 人工臓器 巻: 42-3 ページ: 205-208
• [雑誌論文] ヒト橈骨動脈の力学特性の非侵襲計測法の確立と力学特性に対する平滑筋収縮状態の影響評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢口俊之,武澤健司,長山和亮,益田博之,松本健郎
  • 雑誌名: ライフサポート 巻: 25-4 ページ: 143-150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Apical and basal stress fibers have different roles in mechanical regulation of the nucleus in smooth muscle cells cultured on a substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: Nagayama K, Yahiro Y, Matsumoto T.
  • 雑誌名: Cellular and Molecular Bioengineering 巻: 6-4 ページ: 473-481
  • 査読あり
• [雑誌論文] Directional migration of leading-edge mesoderm generates physical forces : Implication in Xenopus notochord formation during gastrulation (2013)
  • 著者名/発表者名: Hara Y, Nagayama K, Yamamoto TS, Matsumoto T, Suzuki M, Ueno N.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 382-2 ページ: 482-495
  • 査読あり
• [雑誌論文] Haemodynamically dependent valvulogenesis of zebrafish heart is mediated by flow-dependent expression of miR-21 (2013)
  • 著者名/発表者名: Banjo T, Grajcarek J, Yoshino D, Osada H, Miyasaka KY, Kida YS, Ueki Y, Nagayama K, Kawakami K, Matsumoto T, Sato M, Ogura T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 4 ページ: 1978
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-flow-resistance Methacrylate-based Polymer Monolithic Column Prepared by Low-conversion Ultraviolet Photopolymerization at Low Temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirano T, Kobayasi A, Nakaza T, Kitagawa Shinya, Ohtani K, Nagayama K, Matsumoto T.
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 29-2 ページ: 205-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain waveform dependence of stress fiber reorientation in cyclically stretched osteoblastic cells : Effects of viscoelastic compression of stress fibers (2012)
  • 著者名/発表者名: Nagayama K, Kimura Y, Makino N, Matsumoto T.
  • 雑誌名: American Journal of Physiology - Cell Physiology 巻: 302 ページ: 1469-1478
  • 査読あり
• [学会発表] On the Roles of Actin Stress Fibers on the Mechanical Regulation of Nucleus in Adherent Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA, Yuki YAHIRO, Sho YAMAZAKI, Mitsuhiro UKIKI, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: The 15th International Conference on Biomedical Engineering. (ICBME 2013)
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20131205-07
• [学会発表] Direct application of mechanical stimuli to cell adhesion sites using magnetic-driven micropillar substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA Takuya INOUE, Yasuhiro HAMADA, Shukei SUGITA, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: The 15th International Conference on Biomedical Engineering. (ICBME 2013)
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20131205-07
• [学会発表] メカノトランスダクションの解明に向けた細胞バイオメカニクス : 焦点接着斑・細胞骨格・核の力学的相互作用の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20131204-05
  • 招待講演
• [学会発表] Actin cap fibers and basal stress fibers have different roles in mechanical regulation of nucleus in vascular smooth muscle cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA, Yuki YAHIRO, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: The 51st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20131027-30
• [学会発表] 骨芽細胞様細胞Saos-2の石灰化過程における核内外の力学場の変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮,児玉文基,松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 20130909-11
• [学会発表] Actin cap fibers and basal stress fibers have different roles in mechanical regulation of cell nucleus (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA, Yuki YAHIRO, Mitsuhiro UKIKI, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: The 7th Asian Pacific Conference on Biomechanics (APCB2013)
  • 発表場所: Seoul Korea
  • 年月日: 20130829-31
• [学会発表] Laser Nano-Dissection for Analysis of Cellular Mechanotransduction : Direct Force Transmission from Actin Stress Fibers to Nucleus : Tensional Homeostasis of Vascular Smooth Muscle Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA, Akifumi ADACHI, Keisuke SASASHIMA, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: the 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 20130703-07
• [学会発表] On the Roles of Actin Stress Fibers on the Mechanical Environment of Nucleus in Adherent Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA, Yuki YAHIRO, Sho YAMAZAKI, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: The 23^<rd> RIKEN Center for Developmental Biology (CDB) Meeting, Building multicellular systems from Cellular Cross-Talk, the RIKEN Center for Developmental Biology
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20130122-23
• [学会発表] 細胞核の力学環境に対するアクチンストレスファイバの役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮,八尋勇樹,松本健郎
  • 学会等名: 第25回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20130109-11
• [学会発表] 血管平滑筋細胞内ストレスファイバの配向再現メカニズムに関する研究(中間径フィラメントおよび細胞骨格リンカータンパク質との相互作用) (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤聡俊,長山和亮,松本健郎
  • 学会等名: 第25回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20130109-11
• [学会発表] Study on the Biomechanical Response of Cells using Microfabricated Tools and Optics : Intracellular Force Transmission Involved in Cellular Functions (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: The 6th Workshop on Biological Applications of Plasma
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 2013-03-08
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞の力学応答を司る細胞内構成要素の力学的相互作用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 細胞研究会「細胞機能究明の最前線」
  • 発表場所: 千葉大学
  • 年月日: 2013-03-01
  • 招待講演
• [学会発表] 骨芽前駆細胞の骨分化過程における細胞核の力学特性の計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 児玉文基,長山和亮,松本健郎
  • 学会等名: 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会2012
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20121102-04
• [学会発表] 磁気駆動式マイクロピラーを用いた細胞焦点接着斑への直接力学刺激負荷と細胞力学応答の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上卓哉,長山和亮,松本健郎
  • 学会等名: 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会2012
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20121102-04
• [学会発表] 血管平滑筋細胞内ストレスファイバの配向再現メカニズムに関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤聡俊,長山和亮,松本健郎
  • 学会等名: 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会2012
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20121102-04
• [学会発表] In-situ Measurement of Traction Force at Focal Adhesions during Macroscopic Stretch/Release of Vascular Smooth Muscle Cells : Tensional Homeostasis of Vascular Smooth Muscle Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA, Akifumi ADACHI, Keisuke SASASHIMA, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: BMES 2012 Annual Fall Meeting 2012
  • 発表場所: Georgia World Congress Center Atlanta, Georgia, USA
  • 年月日: 20121024-27
• [学会発表] 磁気駆動マイクロピラーを用いた細胞の接着部位への直接的力学刺激負荷と張力応答解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上卓哉,長山和亮,松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会第22回バイオフロンティア講演会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 20121005-06
• [学会発表] 骨芽前駆細胞の骨分化に伴う細胞核の力学特性変化の計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 児玉文基,長山和亮,松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会第22回バイオフロンティア講演会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 20121005-06
• [学会発表] 血管平滑筋細胞内ストレスファイバの配向ならびに張力の再現機構に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮,佐藤聡俊,八尋勇樹,楊云峰,松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2012カンファレンス
  • 発表場所: 愛媛大
  • 年月日: 20120922-24
• [学会発表] In-Situ Measurement of Traction Force at Focal Adhesions during Macroscopic Cell Stretching Using an Elastic Micropillar Substrate : Tensional Homeostasis of Vascular Smooth Muscle Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA, Akifumi ADACHI, Keisuke SASASHIMA, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: The Ninth International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] 繰返引張ひずみ波形に依存した骨芽細胞様細胞MC3T3-E1のストレスファイバ再配向メカニズム (2012)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮,木村勇樹,牧野成孝,松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大
  • 年月日: 20120910-12
• [学会発表] ストレスファイバから細胞核への直接的張力伝達に関する研究 : ストレスファイバと核膜の結合状態の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山崎将,長山和亮,松本健郎
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大
  • 年月日: 20120910-12
• [学会発表] A novel magnetic-driven micropillar array substrate for analysis of mechanical responses of cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA, Takuya INOUE, Yasuhiro HAMADA, and Takeo MATSUMOTO
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 20120510-12
• [備考] 名古屋工業大学バイオメカニクス研究室
  • URL: http://biomech.web.nitech.ac.jp/top.html