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2015 年度 実績報告書

樹木糖鎖でナノ構造を制御するバイオ界面の幹細胞培養戦略

研究課題

研究課題/領域番号 26292096
研究機関九州大学

研究代表者

北岡 卓也  九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (90304766)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード糖鎖 / 自己組織化 / ナノ材料 / バイオインターフェース / 細胞培養 / 分化制御 / シグナル伝達 / バイオマテリアル
研究実績の概要

再生医療の要である幹細胞培養技術の新戦略として、樹木糖鎖のセロオリゴ糖でナノ構造制御した糖鎖集積バイオインターフェースによる細胞培養を試みた。本年度は、(1)GlcNAc6固定化膜によるC2C12細胞のアライメント、(2)硫酸化多糖類のオリゴ化と機能化、(3)TEMPO酸化ナノセルロースのECM利用、(4)キチン・キトサンナノファイバーによる細胞培養を実施し、以下の成果を得た。
1.細胞配列と機能発現:筋芽細胞C2C12をラフト構造化GlcNAc6固定膜で培養したところ、アクチンフィラメントのアライメントが起こり、明瞭な細胞配列が見られた。遺伝子発現解析の結果、筋芽細胞融合の兆候が見られた。
2.コンドロイチン硫酸(CS)膜:オリゴCS膜上でマウス由来神経幹細胞を培養したところ、分化誘導用のhorse serumなしでも分化促進が観察された。既存のTCPSとは明らかに異なる糖鎖バイオインターフェース機能が発現した。
3.ナノセルロース膜:生体内ECMの物理構造(剛直なナノファイバー)と化学構造(ヒアルロン酸に見られるカルボキシ基の繰り返し構造)の双方を模倣した膜を調製し、マウス皮膚細胞NIH-3T3を培養したところ、カルボキシ基量依存的な細胞接着が見られた。フィブロネクチンの吸着量に差がなく、糖鎖界面を直接認識している可能性が示唆された。
4.生理活性ナノファイバー膜:物理解繊したキチンナノファイバーと表面脱アセチル化したキトサンナノファイバーの複合膜を調製し、ヒト肝ガン細胞HepG2を培養したところ、有為な接着が見られなかった。以上の研究成果から、オリゴ糖鎖の集積状態(人為再現と天然ナノ構造)制御の重要性が改めて示唆されたため、次の最終年度においてこれらを総括し、幹細胞の多分化能と自己複製能をマテリアルが制御する未踏領域「グライコナノアーキテクトニクス」の研究基盤構築を目指す。

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

本研究の独自戦略である「糖鎖分子鎖ベクトル制御によるナノ構造膜設計」については、セロオリゴ糖・キトオリゴ糖・コンドロイチン硫酸オリゴ糖を用いた自己組織化膜の調製に成功しており、筋肉前駆細胞や神経幹細胞の培養でユニークな特性を見出している。TLR2導入細胞株によるアッセイと機能評価はやや遅れているが、新たにナノセルロースの結晶構造と表面官能基量依存的な皮膚細胞の接着挙動を見出しており、グライコナノアーキテクトニクスの基盤構築に向けた新知見が得られている。さらに、筋肉前駆細胞については遺伝子・タンパク質の発現挙動解析も進めており、無血清培養に向けたデータも得られつつある。今後は、糖鎖マテリアル化学とバイオテクノロジーを融合させることで、界面ナノ構造と細胞の分化・未分化状態の相関性について詳細に研究する。

今後の研究の推進方策

本研究の最重要課題である「糖鎖の界面ナノ構造が直接誘導する細胞機能」の発現と解明について、人為設計と天然構造の両面から本質に迫る研究を引き続き実施する。また、酵素反応によるヘテロ糖鎖合成については、本年度新規研究を行わなかったが、来年度は非水系反応場として非プロトン性極性溶媒に加えてイオン液体なども検討し、研究を進展させる。細胞解析については、既に一部導入しているRT-PCRによる遺伝子解析や免疫染色等によるタンパク質の発現解析をさらに推し進めることで、マテリアル界面の直接刺激による細胞内環境の変化を定量的に評価する。天然の糖鎖集積構造として本年度新たに取り入れたナノセルロースをはじめとする天然ナノマテリアルについても、細胞のバイオアッセイを積極的に取り入れることで、細胞形成・分化・機能と糖鎖ナノ界面構造との関係性を明らかにする。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Chitooligomer-immobilized biointerfaces with micropatterned geometries for unidirectional alignment of myoblast cells2016

    • 著者名/発表者名
      Pornthida Poosala, Takuya Kitaoka
    • 雑誌名

      Biomolecules

      巻: 6 ページ: #12/1-13

    • DOI

      10.3390/biom6010012

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ナノセルロースの表面カルボキシ化による細胞外マトリックスの構造模倣と動物細胞の接着挙動2016

    • 著者名/発表者名
      楠本仁司、北岡卓也
    • 学会等名
      第66回日本木材学会大会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(名古屋市千種区)
    • 年月日
      2016-03-27 – 2016-03-29
  • [学会発表] 多糖のナノアーキテクトニクスが切り拓く未来材料2015

    • 著者名/発表者名
      北岡卓也
    • 学会等名
      第9回多糖の未来フォーラム
    • 発表場所
      京都府立大学大学会館(京都市左京区)
    • 年月日
      2015-11-10 – 2015-11-10
    • 招待講演
  • [学会発表] 表面カルボキシ化ナノセルロースによる細胞外マトリックスの構造模倣と動物細胞の接着挙動2015

    • 著者名/発表者名
      楠本仁司、北岡卓也
    • 学会等名
      第22回日本木材学会九州支部大会
    • 発表場所
      大分県労働福祉会館ソレイユ(大分市)
    • 年月日
      2015-10-05 – 2015-10-06
  • [学会発表] セルロースナノファイバーマトリックスの細胞培養特性2015

    • 著者名/発表者名
      楠本仁司、北岡卓也
    • 学会等名
      第52回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場(北九州市小倉北区)
    • 年月日
      2015-06-27 – 2015-06-27
  • [学会発表] 硫酸化糖鎖バイオインターフェースによるヒト骨格筋衛星細胞の培養挙動2015

    • 著者名/発表者名
      行光沙織、北岡卓也
    • 学会等名
      第52回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場(北九州市小倉北区)
    • 年月日
      2015-06-27 – 2015-06-27
  • [学会発表] 変幻自在のセルロース材料研究2015

    • 著者名/発表者名
      北岡卓也
    • 学会等名
      第8回木質科学シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学中島董一郎記念ホール(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-06-20 – 2015-06-20
    • 招待講演
  • [備考] 生物資源化学研究室ホームページ

    • URL

      http://bm.wood.agr.kyushu-u.ac.jp/

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公開日: 2017-01-06  

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