2021 Fiscal Year Research-status Report
顕微鏡下in situ振動刺激負荷デバイスの開発と骨芽細胞の応答特性評価
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20K12601
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
佐藤 克也 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (10403651)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | メカノトランスダクション / 細胞バイオメカニクス / 骨リモデリング / 力学的刺激 / 微振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，昨年度に開発した振動刺激負荷デバイスを用いて，骨芽細胞に対して微振動刺激を付与し，それに対する細胞内カルシウムシグナル応答をその場観察する実験系を構築した．
細胞内カルシウムイオン濃度の計測には，カルシウムイオン蛍光指示薬とレーザー走査型共焦点顕微鏡を使用した．レーザー走査型共焦点顕微鏡の撮像原理より，微振動刺激を付与した際には取得する画像に周期的なゆがみが生じる．加速度振幅を一定として振動周波数を変化させた場合には，振動振幅が変化するため，細胞観察画像に生じるゆがみの大きさもそれに対応して変化する．画像計測によってカルシウムイオン蛍光指示薬の蛍光輝度を計測する際に，このゆがみの大きさの変化が影響を与える．この影響を排除するために，細胞体と背景との割合が一定となるような大きめのROIを設定することで問題を解決した．
その結果，微振動刺激を受ける骨芽細胞のカルシウムシグナル応答をその場観察することに成功し，大きなマイルストーンであった実験系の構築を達成した．微振動刺激を受ける骨芽細胞のカルシウムシグナル応答のその場観察を達成した報告例は世界的に見ても数少ないため，今回開発したデバイスならびに初期段階での結果ではあるが応答観察例を論文にまとめ，学術雑誌に投稿し受理された．現在はその発行を待っている段階である．
さらに，来年度の研究推進への準備として，周波数をスイープさせた微振動刺激を生成するための制御マイコンプログラムの作成に取り掛かった．また，周波数スイープ実験では，これまでよりもより長時間での観察を予定しているため，顕微鏡ステージに設置する保温ボックスの製作と性能評価なども行った．
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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
本年度の研究実績の概要でも述べたように，昨年度に開発した微振動刺激負荷デバイスを実際に使用し，顕微鏡観察下での微振動刺激の付与ならびに細胞内カルシウムシグナル応答をのその場観察を達成した．
また，取得した画像からカルシウム蛍光指示薬の蛍光輝度を計測する画像解析においても，振動条件を変化させた際に生じる影響を排除するための解析手法を考案し，定量的な解析を可能とした．
これらの成果によって，微振動刺激付与デバイスの開発ならびに初期段階としての細胞応答観察の結果を論文にまとめ学術雑誌に投稿し，受理された．
以上のように，当初の研究計画に概ね沿った形で研究が推進され，成果も投稿論文としてまとめられた．よって本年度の進捗状況は概ね順調に進展していると評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
申請した研究計画の最終年度を迎える．これまでの研究成果によって，微振動刺激を受ける骨芽細胞のカルシウムシグナル応答をその場観察し，応答特性評価をするための実験系は確立された．よって，最終年度は当初の研究経過に沿って，振動周波数をスイープさせながら，骨芽細胞のカルシウムシグナル応答をその場観察する．周波数スイープ振動を与えることにより，細胞が敏感に感知する振動周波数を特定することを目指す．
また振動強度を変化させた場合の細胞応答特性の変化や，振動に休止期を設けた場合の細胞応答など，周波数以外の振動条件も様々に変化させ，微振動刺激に対する骨芽細胞のカルシウムシグナル応答特性を詳細に評価することを目指す．
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| Causes of Carryover |
本年度も，新型コロナウイルス感染拡大により，年度期間中に緊急事態宣言やまん延防止特別措置が発令された．その影響を受け，学術講演会が現地開催ではなくオンライン開催となった．したがって，研究成果を学術講演発表するための出張がなく，旅費の支出が全くなかった．
来年度については，コロナウイルス感染状況が徐々にではあるが改善の兆しがあるため，学術講演会が現地開催の予定で準備が進められている．よってこれらへの参加・講演発表のための出張旅費を支出予定であり，本年度の未使用分はそれらへ充てる予定である．
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Research Products
(4 results)
