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近年、in vitro系において細胞培養基材を様々な硬さや形状に加工することで、幹細胞の分化を制御する研究が活発に行われている。しかし、ほとんどの細胞培養基材において表面特性は静的に固定されており、動的に変化する生体内の細胞周囲微小環境とは異なる。そこで本研究では、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(MSCs)を対象として、細胞を接着させた状態で光刺激により表面特性を動的に変化させる機能性細胞培養基板の開発を目的とした。今回、ジメチルマレイミド誘導体の光二量化反応に着目し、高分子鎖の分子運動性および構造を光転換する光架橋性高分子ブラシ表面の作製を行った。具体的には、可逆的付加開裂連鎖移動(RAFT)剤を表面修飾したガラス基板上でジメチルマレイミドモノマーとメタクリル酸メチルを共重合し、高分子ブラシ表面(PDMIM)表面)を作製した。ATR/FT-IR測定およびXPS分析により基板表面にPDMIMが導入できたことを確認した。このPDMIM表面上でMSCsは細く伸長する一方、光架橋したPDMIM (cl-PDMIM)表面上ではランダム方向に伸展した形態を示し、osteocalcinのmRNA発現量は、PDMIM表面の1.8倍であった。さらに、MSCsを4日間培養した後に細胞存在下で光架橋処理を施し、続けて3日間の培養を行った結果、osteocalcinの遺伝子発現量は、PDMIM表面の1.4倍に増加した。つまり、細胞培養中に、表面の構造をブラシ構造からゲル様構造に光転換することで、MSCsをゲル様構造に依存した分化系統に誘導できることが示唆された。これらの結果より、PDMIM表面は、光照射領域におけるMSCsの分化系統を動的光転換できる新規機能性細胞培養基材として期待できる。
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