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2013 年度 実施状況報告書

細胞の振動モード測定による動的力学刺激感受システムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 25420179
研究種目

基盤研究(C)

研究機関横浜国立大学

研究代表者

白石 俊彦  横浜国立大学, 環境情報研究院, 准教授 (30361877)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード機械力学・制御 / 細胞 / 骨 / 振動学 / 振動モード / 固有振動数 / モデル化 / 力学センサ
研究概要

本研究では,細胞を大規模構造システムとして捉え,機械的振動に対する細胞の振動モードをミクロンオーダで測定するとともに,細胞の固有振動数を求めることを目的とする.さらに,振動モードに対応した細胞内の局所的な変形と生化学反応との対応関係を明らかにし,力学-生化学変換機構としての機械的振動に対する細胞の力学刺激感受システムを検討する.この目的達成のために,当該年度では,細胞用の加振装置を試作し,機械的振動に対する細胞の振動モード測定の基本システムを構築した.まず,マウス骨芽細胞様細胞株MC3T3-E1を培養した容器をミクロンオーダで正弦波加振できるように,蛍光顕微鏡ステージ上で圧電素子を用いて,100Hzまでは加振可能であることを確認した.次に,機械的振動下において,細胞骨格の一種のアクチンフィラメントを発光させた骨芽細胞の観察実験を行った.過去の研究より骨芽細胞の増殖および分化に影響のあることが報告されている25Hzで細胞を加振したときに,蛍光顕微鏡用の高感度・高速度カメラを用いて,細胞内のアクチンフィラメントが観察可能であることを確認した.特徴点抽出・追跡アルゴリズムであるKanade-Lucas-Tomasi法により細胞骨格の各特徴点を追跡することで細胞の各固有振動数における振動モードを測定するためには,加振振動数に応じて取得画像の解像度およびフレームレートを適切に調整する必要があることを確認した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当該年度に計画していた,細胞用の加振装置の試作,機械的振動に対する細胞の振動モード測定の基本システムの構築が達成できたため.

今後の研究の推進方策

当初の研究実施計画どおり,細胞の各固有振動数での振動モードの同定,加振時の細胞の変形と生化学反応との対応関係の測定を行うことにより,細胞の動的力学刺激感受システムの一端を解明することを目指す.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 培養骨芽細胞の増殖と細胞間接着に対する機械的振動の影響2014

    • 著者名/発表者名
      石井明紀
    • 学会等名
      日本機械学会第26回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20140111-20140112
  • [学会発表] 大きなひずみ勾配をもつ繰り返し伸展刺激に対する培養骨芽細胞の応答2014

    • 著者名/発表者名
      小倉勇己
    • 学会等名
      日本機械学会第26回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20140111-20140112
  • [学会発表] Effects of Mechanical Vibration on Cell Proliferation and Differentiation2013

    • 著者名/発表者名
      Toshihiko Shiraishi
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20131125-20131127
    • 招待講演
  • [学会発表] A Method for Applying High Cyclic Strain to Focal Adhesions and Measuring the Cell Response2013

    • 著者名/発表者名
      Toshihiko Shiraishi
    • 学会等名
      The 2013 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition
    • 発表場所
      サンディエゴ(米国)
    • 年月日
      20131115-20131121
  • [学会発表] 機械力学的視点による細胞研究2013

    • 著者名/発表者名
      白石俊彦
    • 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
      20130908-20130911
  • [学会発表] 勾配をもつ繰り返し伸展ひずみ場における骨芽細胞の適応的応答2013

    • 著者名/発表者名
      小倉勇己
    • 学会等名
      日本機械学会機械力学・計測制御部門講演会(D&D2013)
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      20130826-20130830
  • [学会発表] 機械的振動下における細胞増殖促進と細胞間接着の関係2013

    • 著者名/発表者名
      石井明紀
    • 学会等名
      日本機械学会機械力学・計測制御部門講演会(D&D2013)
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      20130826-20130830
  • [備考] 横浜国立大学研究者総覧

    • URL

      http://er-web.jmk.ynu.ac.jp/html/SHIRAISHI_Toshihiko/ja.html

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公開日: 2015-05-28  

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