2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on mechanism of endothelial mechanotransduction by using micro-mechanical manipulation technique
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19KK0276
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大橋 俊朗 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30270812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東藤 正浩 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10314402)
山田 悟史 北海道大学, 工学研究院, 助教 (90730169)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
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| Keywords | 内皮細胞 / メカノトランスダクション / 一次繊毛 / 磁気ナノビーズ / 細胞間力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞は周囲の力学環境に適応して自らの形態および機能を変化させることが知られている．これは細胞が力学刺激を感知・伝達し生化学的信号に変換しているためでありこの機構はメカノトランスダクションと呼ばれている．例えば，血管内皮細胞は血流に応答して血流方向に伸長・配向することから盛んに研究が行われてきたがメカノトランスダクション機構の全容は明らかではない．本申請課題の目的は，磁気ナノビーズ技術を高度に駆使して流れ刺激に対する内皮細胞の力学伝達経路の推定するものである．近年では，内皮細胞表面に突出する直径0.2ミクロン，長さ数ミクロン～十数ミクロン程度の線状のPrimary ciliumが力学刺激の感知に深く寄与していることが指摘されている．
以上の背景の下，磁気ナノビーズ技術およびマイクロフルイディクス技術により内皮細胞に力学刺激を負荷する部位を空間的に制御し，内皮細胞の流れ負荷応答のメカニズムを新しい視点で探求するものである．研究代表者の大橋がこれまでに従事してきた流れ負荷内皮細胞実験技術，マイクロフルイディクス技術および海外共同研究者のProf. Ibarraより新たに導入する磁気ナノビーズ技術を高度に融合させ，海外共同研究者のProf. Longとともに流れ負荷刺激を模擬して磁気ナノビーズにより力学刺激部位を空間的に制御することにより，流れ負荷によるメカノトランスダクション機構を検討するものである．今年度は磁気ナノビーズを人工細胞内に導入し生細胞と共培養する実験系の確立に着手してきた．外部磁場を負荷することで人工細胞を駆動させることができるため細胞間力を任意に調整することが可能であり，細胞間の力学情報伝達経路を探求するものである．また，Primary ciliumの変形から力学特性を計測できる可能性が示唆されたため，Primary ciliumの力学特性計測という新しい研究展開も図った．
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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
初年度は，力学刺激部位として，1) Primary cilium、2) 細胞膜表面および3) 細胞内部の3箇所の中で1)および2)を集中的に実施してきた．磁気ピンセット等外部磁場を用いて磁気ビーズを導入したPrimary ciliumを変形させることに成功したこと，またPrimarycilium内カルシウムイオン濃度の上昇が確認されたことも大きな研究成果であった．昨年度は，2)を集中的に実施することに加えて、3)として磁気ナノビーズを封入した人工細胞の導入を新たに検討した．これは当初の実験計画に新たに加えた研究展開である．また，今年度はこれまでの研究展開に加えて，Primary ciliumの変形から力学特性を計測できる可能性も新たに示唆された．したがって，これまでの研究進捗状況は概ね順調と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者の大橋がこれまでに従事してきた流れ負荷内皮細胞実験技術，マイクロフルイディクス技術および相手国研究代表者Prof. Ibarraの有する磁気ナノビーズ技術を高度に融合させ，流れ負荷刺激を模擬して磁気ナノビーズにより力学刺激部位を空間的に制御することにより，Prof. Longの有する観察技術とともに流れ負荷によるメカノトランスダクション機構を検討するものである．初年度は，基盤となる磁気ナノビーズ導入実験の確立を行い，力学刺激部位として，1)Primary cilium，2) 細胞膜表面および3) 細胞内部の3箇所の中で1)および2)を集中的に実施した．昨年度は1)および2)を継続して実施するとともに，3)の実施および対照実験として流れ負荷実験を行い結果の比較を行った．また，1)Primary ciliumの実験においては力学特性計測という新しい研究展開も図った．今後は，Primary ciliumの力学特性計測をさらに進めるともに，ラマン散乱光を用いた細胞内低分子量Gタンパク質のダイナミクスについても検討を進める．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍による渡航制限により、共同研究相手国への訪問が実現できずその海外渡航費分が経費として発生しなかったことが主に次年度使用額が生じた理由である。しかしながら、研究打ち合わせ等はオンライン等で継続してきており、予定していた実験計画の実施とともにPrimary ciliumの力学特性計測など新たな研究展開も見えてきたため、次年度においては次年度使用額を用いて従来の実験に加えて、新たね研究展開に関する実験を継続したいと考えている。
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Research Products
(6 results)
