細胞分裂機構の解明を目指した細胞焦点接着斑力学刺激負荷デバイスの開発

开发细胞粘着斑机械刺激加载装置，旨在阐明细胞分裂机制

• 批准号: 19650113
• 负责人: 長山 和亮
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19650113/
• 关键词: バイオメカニクス; 生物・生体工学; 細胞の力学応答; 微細加工技術; 細胞骨格; 力学情報伝達; 微細加工

本研究は,細胞の足場である焦点接着斑と基質との間に生じる力を計測しつつ,それぞれの焦点接着斑部位に力学刺激を負荷できる細胞培養デバイスを開発することを目的として,2年間の研究を進め,下記の成果を得ることができた.1. 磁性粒子混入型マイクロピラーデバイス開発手法の確立:フォトリソグラフィによる微細加工技術を適用し,直径2〜3μm,深さ9μmの微細孔が並んだ鋳型を作製した.そして,平均直径約1.5μmの鉄粉をPDMS(polydimethylsiloxane)溶液中に混入して鋳型に流し込んだ後,遠心力および磁力によって磁性粒子を鋳型底面に沈めさた.引き続きPDMSを加熱硬化して,表面近傍のみ磁性体が入った弾性マイクロピラーを作製する条件を見いだした.このピラーの周囲に磁場を形成することにより,磁力線の方向に沿って,特定のマイクロピラー先端に数100nN(細胞の発生張力と同程度)の力を負荷して撓ませることできた.このようにして,細胞の接着部位に局所的な力学刺激を負荷できるマイクロピラーデバイスを安定して作製する技術を確立した.2. マイクロピラーを用いた細胞接着部位への力学刺激負荷と細胞張力変化の計測:作製した弾性マイクロピラーを用いて,ピラー上で血管平滑筋細胞を培養し,顕微鏡下でピラー基板を引張ることによって,細胞の焦点接着部位に力学刺激を加えながら,接着部位の張力変化を計測できる系を構築した.細胞接着部位への引張ひずみが3〜5%以上になると,急激に細胞張力の上昇が観察された.このことから,引張刺激に応じて細胞内のアクチンストレスファイバの収縮機構が活性化する際には,ひずみの閾値が存在することが示唆された.

本研究的目的是开发一种细胞培养装置，该装置可以对每个粘着斑位点施加机械刺激，同时测量作为细胞支架的粘着斑和基底之间产生的力。结果如下： 1.开发含磁性颗粒微柱器件的方法的建立：应用光刻微加工技术，将粉末混合后，制作出排列有直径为2至3μm、深度为9μm的微孔的模具。将PDMS（聚二甲基硅氧烷）溶液倒入模具中，通过离心力和磁力使磁性颗粒沉到模具底部。然后加热并硬化PDMS。我们找到了制造仅在表面附近含有磁性材料的弹性微柱的条件，通过在该柱周围形成磁场，我们在特定微柱的尖端沿磁场线。我们能够通过施加 N 的力（与细胞产生的张力相当）来弯曲该装置。通过这种方式，我们可以稳定地制造出可以对细胞粘附部位施加局部机械刺激的微柱装置。2。 。使用微柱测量细胞粘附部位的机械刺激负荷和细胞张力变化：使用制作的弹性微柱，在柱上培养血管平滑肌细胞，并通过在显微镜下拉动柱基底，同时对粘附斑施加机械刺激细胞的位置，粘附部位的张力发生变化。我们构建了一个可以测量肌动蛋白应力的系统。当细胞粘附部位的拉伸应变超过 3% 至 5% 时，观察到细胞张力迅速增加。这表明细胞内的肌动蛋白应力响应于拉伸刺激而增加。当纤维收缩机制被激活时存在一个应变阈值。

项目成果

培養血管平滑筋細胞の力学特性と細胞内力学バランスに対するF-アクチンと微小管の寄与

F-肌动蛋白和微管对培养血管平滑肌细胞的机械特性和细胞内机械平衡的贡献

• 发表时间: 2008
• 作者: Hwansung Lee;Yoshiyuki Taenaka;S. Tatsumi;長山 和亮
• 通讯作者: 長山 和亮

Effects of actin filaments and microtubles on quasi-in situ tensile properties and intracellular force balance of cultured aortic smooth muscle cells

肌动蛋白丝和微管对培养主动脉平滑肌细胞准原位拉伸特性和细胞内力平衡的影响

• 发表时间: 2007
• 作者: 李桓成;赤川英毅;本間章彦;築谷朋典;妙中義之;巽英介;細井亮宏;Tamura A;Nagayama K;Yang YF;Nagayama K
• 通讯作者: Nagayama K

A Novel Micro Tensile Tester with Feed-back Control for Viscoelastic Analysis of Single Isolated Smooth Muscle Cells

一种具有反馈控制的新型微拉伸测试仪，用于单个分离平滑肌细胞的粘弹性分析

• 发表时间: 2007
• 期刊: Medical Engineeing & Physics Q9
• 作者: T. Sugiura;M. Nakao;T. Sato and K. Minato;Nagayama K;Tamura A;Nagayama K
• 通讯作者: Nagayama K

細胞焦点接着斑への力学刺激負荷を目指した磁性粒子埋込型マイクロピラーデバイス開発に関する基礎研究

开发磁性颗粒嵌入微柱装置的基础研究，旨在将机械刺激应用于细胞粘着斑

• 发表时间: 2008
• 作者: 李桓成;赤川英毅;築谷朋典;本間章彦;巽英介;妙中義之;浜田保弘
• 通讯作者: 浜田保弘

Contribution of actin filaments and microtubules to quasi-in situ tensile properties and internal force balance of cultured smooth muscle cells on a substrate

• DOI: 10.1152/ajpcell.00098.2008
• 发表时间: 2008-12-01
• 期刊: AMERICAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY-CELL PHYSIOLOGY
• 影响因子: 5.5
• 作者: Nagayama, Kazuaki;Matsumoto, Takeo
• 通讯作者: Matsumoto, Takeo