新規メカニカル負荷装置の開発を通した次世代メカノメディスンへの挑戦

通过开发新型机械负载装置应对下一代机械医学的挑战

基本信息

批准号：
21H04960
负责人：
成瀬恵治
金额：
$ 27.71万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

静水圧下ストレッチシステムの開発に関し、高圧力下における蛍光分光器の構築を行なった.心筋細胞に対するマルチメカニカルストレスへの応答解析に関し、以下の3つの成果を得た．①圧力刺激への応答：Ca2+濃度指示薬を用いた観察から、筋細胞は高圧力下では細胞内のCa2+濃度を増加することなく収縮することが示された．この結果を検証するため、高圧力下で蛍光分光器を構築し、Ca2+濃度指示薬の蛍光強度は圧力変化に対して顕著に変化しないことを確認した．②伸展刺激への応答：心筋細胞の急性伸展刺激は、SGLT1への刺激ではなく、SMIT1を介したNOX2によるROS産生を増加させることが示唆された．この仮説は、マウス心から単離した心室筋細胞を用いた実験によって検証され、SGLT2阻害薬であるエンパグリフロジン(EMPA)の存在下では伸展刺激誘発性ROS産生が抑えられることが示された．SGLT2は心筋細胞には発現していないが、EMPAはSGLT1とSMIT1の活性もある程度阻害することが明らかになった．③血行動体負荷への応答：心臓の血行動態負荷に対する適応能力の形成機構を明らかにすることを目的として、心臓の成長と機能的成熟におけるTRPV2の役割を検討した．その結果、心筋細胞の成熟に先行して生じる膜局所でのTRPV2を介したCa2+流入が、血行動態負荷に対する心臓のしなやかな応答に必須であるという実験事実を見出した．マイクロ流体チップ上で血管内皮細胞を培養する実験系において、圧力刺激、伸展刺激、および剪断応力刺激を負荷して一酸化窒素放出をライブイメージングで記録する実験方法を確立した．さらに、本助成事業で購入した光造形機にて生体材料用の樹脂を用いてマイクロ流体流路をプリントし、その流路上に細胞を培養してレーザー共焦点顕微鏡で観察を行うことに成功した．

关于静水拉伸系统的开发，我们构建了高压荧光光谱仪。我们获得了以下三个有关心肌细胞对多种机械应力的响应分析的结果。 ① 对压力刺激的反应：使用Ca2+浓度指示器观察发现，肌肉细胞在高压下收缩，但细胞内Ca2+浓度不增加。为了验证这一结果，我们搭建了高压荧光光谱仪，并证实Ca2+浓度指示剂的荧光强度不随压力变化而发生明显变化。 (2)对拉伸刺激的反应：心肌细胞的急性拉伸刺激被认为可以通过SMIT1增加NOX2产生的ROS，而不是刺激SGLT1。这一假设通过使用从小鼠心脏分离的心室肌细胞进行的实验得到了验证，并且结果表明，在 SGLT2 抑制剂恩格列净 (EMPA) 存在的情况下，拉伸刺激诱导的 ROS 产生受到抑制。尽管SGLT2在心肌细胞中不表达，但研究表明EMPA也在一定程度上抑制SGLT1和SMIT1的活性。 ③对血流动力学负荷的反应：我们研究了TRPV2在心脏生长和功能成熟中的作用，旨在阐明心脏对血流动力学负荷的适应能力的形成机制。因此，我们发现实验证据表明，Ca2+ 通过膜局部 TRPV2 流入（发生在心肌细胞成熟之前）对于心脏对血流动力学负荷的柔软反应至关重要。在微流控芯片上培养血管内皮细胞的实验系统中，我们建立了一种通过施加压力刺激、拉伸刺激和剪切应力刺激，利用实时成像记录一氧化氮释放的实验方法。此外，他们使用通过该资助项目购买的立体光刻机成功地使用生物材料树脂打印了微流体通道，在通道上培养细胞，并使用激光共聚焦显微镜观察它们。

项目成果

期刊论文数量（40）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

High hydrostatic pressure induces slow contraction in mouse cardiomyocytes

高静水压诱导小鼠心肌细胞缓慢收缩

DOI：
10.1016/j.bpj.2022.11.2940
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
3.4
作者：
Yamaguchi Yohei;Nishiyama Masayoshi;Kai Hiroaki;Kaneko Toshiyuki;Kaihara Keiko;Iribe Gentaro;Takai Akira;Naruse Keiji;Morimatsu Masatoshi
通讯作者：
Morimatsu Masatoshi

メカノメディスン：基礎から臨床まで

机械医学：从基础到临床实践