生体組織の三次元的な機能・構造再生に関する研究

生物组织三维功能与结构再生研究

• 批准号: 13J10369
• 负责人: 神戸 裕介
• 金额: $ 3万
• 依托单位: National Cardiovascular Center Research Institute (2014-2015)National Institute of Agrobiological Sciences (2013)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J10369/
• 关键词: FRET; リコンビナントタンパク; バイオマテリアル; シルク; バイオメカニクス; 血管誘導; 組織工学; リコンビナントタンパク質; 培養担体

組織再生過程での細胞と足場材料との相互作用を評価・理解することは再生メカニズムの解明や足場材料の開発に重要な知見を与え得るものの，力学的な評価は限られている．本研究では，細胞―材料間の力学的相互作用を可視化し得る，フォルスター共鳴エネルギー移動（FRET）を利用した張力センサーの開発を行った．本年度は，センサー固定基板上に播種した線維芽細胞の経時蛍光観察を行い，細胞―材料間の力学的相互作用の可視化に取り組んだ．なお，経時観察中にサイトカラシンD（アクチン重合阻害剤）を作用させ，細胞の収縮を引き起こした．サイトカラシンDの作用により，伸展形状を示していた細胞は徐々に収縮し，最終的に球形となった．アクチンの脱重合に伴い，接着斑が徐々に消失したと考えられる．この過程において，まず，細胞の仮足先端部にFRETインデックスが低値を示す，即ち，強い張力が負荷されている領域が現れた．そして，細胞が球形になるとこの領域は消失した．収縮初期では残存している接着斑に張力が集中するも，最終的に全ての接着斑が消失し，細胞―材料間の張力が検出限界以下となったと考えられる．以上より，張力センサーを用いることで，アクチン細胞骨格の構造変化や接着斑の形成・消失に伴う細胞―材料間の力学的な相互作用が可視化できることが示された．生体組織の三次元的な機能・構造再生の達成には，再生部への血管誘導が重要である．そこで本研究では，機能性ペプチドの修飾による，シルクフィブロインゲルへの血管誘導能の付加にも取り組んだ．昨年度作製した血管誘導性ペプチドをゲルに修飾した結果，皮下組織においてゲル埋入部に誘導される血管の面積が約2倍に増加した．また，組織染色の結果，血管誘導によってゲル埋入部の組織置換が促進されることが示された．血管誘導性ペプチド修飾シルクフィブロインゲルは，三次元的な組織再生の達成に有用であると考えられる．

评估和理解组织再生过程中细胞与支架材料之间的相互作用可以为阐明再生和开发支架材料的机制提供重要的见解，但机械评估受到限制。在这项研究中，我们使用Forster共振能量转移（FRET）开发了一个张力传感器，该传感器允许可视化细胞与材料之间的机械相互作用。今年，我们对随着时间的推移在传感器固定基板上播种的成纤维细胞进行了荧光观察，并致力于可视化细胞与材料之间的机械相互作用。此外，在随着时间的推移观察过程中，细胞链霉素D（肌动蛋白聚合抑制剂）作用于引起细胞收缩。由于细胞切拉斯蛋白D的作用，暴露于延伸的细胞逐渐收缩并最终成为球形。人们认为，粘附灶由于肌动蛋白解聚逐渐消失。在此过程中，首先是一个fret指数低的区域，即对细胞尖端施加强张力。当细胞变成球形时，该区域消失了。尽管在收缩开始时，张力集中在剩余的粘附窝上，但所有粘附窝最终消失了，细胞和材料之间的张力降至检测极限以下。从以上表明，使用张力传感器可以可视化细胞与与肌动蛋白细胞骨架的结构变化相关的材料之间的动态相互作用以及粘附的形成和消失。为了实现生物组织的三维功能和结构再生，对再生区域的血管诱导很重要。因此，在这项研究中，我们还致力于通过修饰功能性肽来增加丝纤维蛋白凝胶的血管诱导能力。由于去年对凝胶产生的血管诱导肽的修饰，在皮下组织中凝胶植入物中诱导的血管面积增加了约两倍。此外，组织染色表明，通过血管诱导促进了凝胶植入区域的组织更换。 Vasculo诱导的肽修饰的丝纤维蛋白凝胶被认为可用于实现三维组织再生。

项目成果

細胞―材料間力学的相互作用の定量化

细胞-材料机械相互作用的量化

• 发表时间: 2014
• 作者: 神戸裕介;富甲直秀;玉田靖
• 通讯作者: 玉田靖

Production and cell adhesion activity of recombinant full-length hornet silk protein fused with RGDS peptide

RGDS肽融合重组全长黄蜂丝蛋白的制备及细胞粘附活性

• 发表时间: 2014
• 期刊: Journal of Silk Science and Technology of Japan (日本シルク学会誌)
• 作者: Kambe Y;Kameda T
• 通讯作者: Kameda T

Development of FRET mechanical sensor to visualize cell-material interaction

开发 FRET 机械传感器以可视化细胞与材料的相互作用

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Oda;A. Barolli;E. Spaho;L. Barolli;M. Younas;神戸裕介，村越成恵，浦川宏，木村良晴，山岡哲二;Kambe Y，Kojima K，Tomita N，Tamada Y，Yamaoka T
• 通讯作者: Kambe Y，Kojima K，Tomita N，Tamada Y，Yamaoka T

FRETバイオセンサーによる細胞の牽引力の可視化

使用 FRET 生物传感器可视化细胞牵引力

• 发表时间: 2015
• 作者: S. Shibayama;T. Yoshida;K. Kimihiko;M. Sakashita;W. Takeuchi;N. Taoka;O. Nakatsuka;and S. Zaima;神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖，山岡哲二
• 通讯作者: 神戸裕介，小島桂，富田直秀，玉田靖，山岡哲二

ホーネットシルクの原料調達とメディカル素材への応用

大黄蜂丝原料采购及其在医用材料中的应用

• 发表时间: 2013
• 作者: 亀田恒徳;神戸裕介;小島桂;玉田靖
• 通讯作者: 玉田靖