2018 Fiscal Year Annual Research Report
軟骨遺伝子転写応答のin-situフィードバックによる最適力学負荷システムの開発
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18H01398
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
山本 浩司 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (70536565)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森田 有亮 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80368141)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 軟骨再生 / 力学刺激 / 細胞外基質 / プロモーター / in-situ観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，培養過程で変動する軟骨細胞周辺の力学場の情報と，各細胞の遺伝子転写情報を用いて，軟骨細胞の基質産生に対する最適な力学負荷を可能とする新規培養システムの開発である．本年度はまずin situで力学刺激に対する軟骨コラーゲン基質構造と遺伝子発現の経時的観察，および軟骨組織内における力学刺激の伝達状況の評価を目指した．軟骨細胞は自己産生したコラーゲンやプロテオグリカンから成る細胞外基質を介して外部刺激を受けており，培養に伴う基質の量および構造の変化が細胞の代謝活性に影響を及ぼしている．これらの経時変化を評価するために，シリコンシートを用いた平面培養において，ステッピングモータによる単軸引張ひずみが負荷可能且つ，清潔環境下で多光子励起顕微鏡による定位置観察を可能とする培養装置を設計・製作し，周期的な引張刺激がコラーゲン構造体の凝集・分裂を促す様子を撮影することに成功した．また，Ⅱ型コラーゲンをエンコードするCOL2A1遺伝子のプロモーターおよび蛍光遺伝子を利用して，力学刺激に対するCOL2A1の転写活性を平面培養下で可視化できるシステムの構築を試みた．その結果，力学刺激に対する応答において，蛍光輝度情報と定量PCRによる遺伝子発現計測の間で無刺激培養と異なる相関を示し，力学刺激に対するプロモーター領域の再検討および画像評価方法の修正などが次年度以降の課題となった．また，ブタの膝関節軟骨組織を用いた刺激伝達評価では，組織の厚さ方向に関する細胞応答がひずみ速度によって変化する結果が得られ，三次元培養に拡張する上で，力学場解析における間隙流体の重要性が示唆された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は力学刺激負荷環境下における軟骨細胞周囲のコラーゲン基質構造変化，および細胞の遺伝子転写応答に関して，経時的にin-situ観察を可能とする装置を作製し，画像評価システムの問題点や改善点に関する知見を得た．また次年度に予定していた力学刺激に対するCOL2A1遺伝子プロモーター領域の同定に関して，本年度中に進展が見られ，当初の予定より進められたといえる．一方，軟骨組織内の刺激伝達解析においては，想定していたよりひずみ速度依存性が大きく，三次元力学場モデルの構築は次年度以降も継続して行う状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果を踏まえ，二次元の平面培養において，Ⅱ型コラーゲンの発現に対して力学刺激の最適化を目指した制御アルゴリズムの構築を行う．そのために，力学刺激に応答するプロモーター領域の同定を継続して優先的に進める．またひずみ量や周期など引張刺激に関するパラメータを変化させ，一定刺激に対するコラーゲン構造体の変化や遺伝子発現の相関に関して基本データの蓄積を進める．また三次元培養への拡張に向け，組織内の流れ場を考慮した力学モデルの構築を行う予定である．
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Research Products
(5 results)
