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2015 年度 実績報告書

バイオ界面のリモデリング現象を利用して細胞機能を誘導する培養基板の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26702016
研究機関山形大学

研究代表者

干場 隆志  山形大学, 理工学研究科, 准教授 (00469769)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードバイオマテリアル / タンパク質吸着 / 肝細胞 / 間葉系幹細胞 / インテグリン
研究実績の概要

再生医療の実現には細胞機能の制御が重要であり、培養基板の開発は重要である。本研究では、培養基板表面がリモデリングされることにより細胞機能を発現する培養基板を作製する。また、細胞機能を制御できる培養基板設計のための新たな指針を得る。特に本研究では埋め込み型バイオハイブリッド人工肝臓に向けた肝細胞の機能維持と、再生医療の重要な細胞源である幹細胞の分化制御を可能とする培養基板を作製する。
H27年度は、PMEA類似体上においてHepG2細胞が肝機能を維持するメカニズムの解析および発現する細胞外マトリックス(ECM)遺伝子の解析と、ヒト間葉系幹細胞(MSC)の機能解析を行った。
HepG2はPMEA類似体の一つであり、タンパク質を中程度吸着させるPTHFA上やよくタンパク質を吸着させるPET上では、伸展し、YAPタンパク質が細胞核内に移行していた。一方で、タンパク質の吸着量が少ないPMEA上ではYAPは細胞質内に分散していた。YAPの核移行は肝機能の低下を誘導することが報告されていることから、PMEA上での肝細胞の機能維持はYAPの核移行阻害によって生じていることが示唆された。さらにPMEAおよびPTHFAという2種類のPMEA類似体上および細胞培養用ポリスチレン上でのECM遺伝子の発現量を評価したところ、PMEA上ではラミニンの発現量が亢進していた。メカニズム等の更なる解析が必要である。
MSCを種々のPMEA類似体上で培養したところ、3T3-L1細胞と同様に細胞の伸展抑制および、インテグリンを介さない接着機構が観察された。MSCの骨/脂肪分化は細胞形態に強く影響することが知られており、MSCでもタンパク質の吸着量が異なるPMEA類似体上で分化能が異なることが期待された。

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

H26年度およびH27年度までに肝細胞および間葉系幹細胞のPMEA類似体上における機能については、ほぼ明らかにした。また、肝細胞についてはそのメカニズムについても明らかにすることができた。
さらに、当初の予定であるECMの発現の制御についても、肝細胞においてPMEA類似体を用いることにより、その発現量を変化させることができた。また、予備実験ではあるが、そのメカニズムについて示唆するデータを得ている。そのため、概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

H28年度では、培養界面のリモデリングの解析に集中するために、H27年度に観察された肝細胞が発現するECM遺伝子の違いについてより詳細に解析する。タンパク質の吸着量が大きく異なる3種類の培養基板であるPMEA、PTHFA、細胞培養用ポリスチレン(TCPS)(タンパク質吸着量:PMEA<PTHFA<TCPS)上におけるECM遺伝子の発現量を調べるとともに、沈着したタンパク質を特にラミニンに注目してその量を定量する。
また、ECM遺伝子の発現量の変化が生じるメカニズムを明らかにするために、細胞骨格に注目した解析を行う。

次年度使用額が生じた理由

H27年度はプレートリーダーを購入予定であったが、予定よりも安価に購入することができた。そのため、次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

分子生物学実験に使用するための設備を整備するために、主に微量冷却遠心機を購入するための費用とする。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Decellularized extracellular matrix (ECM) as an in vitro model to study the comprehensive roles of the ECM in stem cell differentiation2016

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshiba, G. Chen, C. Endo, H. Maruyama, M. Wakui, E. Nemoto, N. Kawazoe, M. Tanaka.
    • 雑誌名

      Stem Cells Int.

      巻: 2016 ページ: 6397820

    • DOI

      10.1155/2016/6397820

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Blood compatible polymer for hepatocyte culture with high hepatocyte-specific functions toward bioartificial liver development.2015

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshiba, T. Otaki, E. Nemoto, H. Maruyama, M. Tanaka.
    • 雑誌名

      ACS Appl Mater Interfaces

      巻: 7 ページ: 18096-18103

    • DOI

      10.1021/acsami.5b05210

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 3.T. Hoshibaa, E. Nemoto, K. Sato, T. Orui, T. Otaki, A. Yoshihiro, M. Tanakaa. Regulation of the contribution of integrin to cell attachment on poly(2-methoxyethyl acrylate) (PMEA) analogous polymers for attachment-based cell enrichment2015

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshiba, E. Nemoto, K. Sato, T. Orui, T. Otaki, A. Yoshihiro, M. Tanakaa
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 10 ページ: e013066

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0136066

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Blood compatible polymers for hepatocyte culture toward bioartificial liver development2015

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshiba, T. Otaki, M. Tanaka
    • 学会等名
      MRS Fall Meeting & Exhibit. Boston, 2015
    • 発表場所
      アメリカ、ボストン、Hynes Convention Center
    • 年月日
      2015-11-29 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] 血液適合性高分子PMEA上における肝細胞機能の維持機構の解析2015

    • 著者名/発表者名
      干場 隆志、大瀧 貴之、田中 賢
    • 学会等名
      第37回日本バイオマテリアル学会大会
    • 発表場所
      京都、京都テルサ
    • 年月日
      2015-11-09 – 2015-11-10
  • [学会発表] ハイブリッド型人工肝臓のための肝機能維持可能な新規抗血栓性高分子の開発2015

    • 著者名/発表者名
      干場 隆志、大瀧 貴之、田中 賢
    • 学会等名
      第64回高分子討論会
    • 発表場所
      仙台,東北大学
    • 年月日
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [学会発表] バイオマテリアル研究におけるQCMの応用~細胞接着・機能を制御する高分子培養基板の開発~2015

    • 著者名/発表者名
      干場隆志
    • 学会等名
      第9回QCM研究会
    • 発表場所
      東京,機械振興会館
    • 年月日
      2015-08-28 – 2015-08-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子の水和構造の変化による細胞形態制御を通じた肝細胞特異的な機能維持2015

    • 著者名/発表者名
      干場 隆志、大瀧 貴之、田中 賢
    • 学会等名
      第64回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      札幌、札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2015-05-27 – 2015-05-29

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公開日: 2017-01-06  

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