構造最適化手法を用いた流れ負荷培養内皮細胞における骨格構造の再構築メカニズム

结构优化法重建流动负载培养内皮细胞骨骼结构机制

基本信息

批准号：
13780667
负责人：
大橋俊朗
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では流れ負荷培養内皮細胞のアクチンフィラメントが再構築される過程をリアルタイムで観察し,同時に有限要素法解析を行い細胞の力学応答のメカニズムを解明することを目的とする.平成14年度では以下の成果を得た.昨年度用いたGFP-アクチン融合ベクタに加えて,本年度はRFP-FAT融合ベクタを遺伝子導入した.FATとはFocal Adhesion Targetingの略称であり,これにより細胞底面の焦点接着斑の挙動を観察できるため,アクチンフィラメント挙動と併せて内皮細胞の力学応答をより詳細に観察できる.これらの遺伝子を培養ウシ内皮細胞に遺伝子導入し,流れによるせん断応力を5時間にわたって負荷し,共焦点レーザ顕微鏡によりアクチンフィラメントおよび焦点接着斑の挙動を経時的に観察した。その結果,接着斑は流れの方向へ配向し,アクチンフィラメントの収縮に伴い移動する様子が観察された.また,焦点接着斑の間を連結するようにアクチンフィラメントが新たに形成されていく様子も観された.以上のことより,接着斑とアクチンフィラメントの相互関係が流れ負荷内皮細胞の形態変化に深く関与していることが示された.また,細胞骨格構造を模擬した有限要素モデルを構築した.成長の構成則に代表される構造最適化のアルゴリズムを導入して計算を行った結果,実験結果と同様に流れ負荷後,細胞の高さは減少傾向を示し。流れ負荷に伴い流れ方向の骨格構造が発達する傾向が得られた.焦点接着斑を含めたモデル化は今後の課題である.

这项研究旨在观察实时载荷培养的内皮细胞中肌动蛋白丝的过程，同时分析有限元方法以阐明细胞动态反应的机制。在2002年，获得了以下结果。除去年使用的GFP-肌动蛋白融合载体外，今年还引入了RFP-FAT融合载体。脂肪是局灶性粘附靶向的缩写，它允许局灶性粘附在细胞底部的行为，从而可以更详细地观察到内皮细胞的机械响应以及肌动蛋白丝行为。将这些基因转移到培养的牛内皮细胞中，流动引起的剪切应力在5小时内应用，肌动蛋白丝的行为和聚焦激光显微镜随着时间的推移观察到局灶性粘附行为。结果，观察到粘附是在流动方向上定向的，并与肌动蛋白丝的收缩一起移动。还观察到，新形成的肌动蛋白丝的形成是以焦点粘附灶之间联系的方式形成的。从以上表明，粘附和肌动蛋白丝之间的相互作用与流动加载的内皮细胞的形态变化深远。另外，构建了一个有限元模型，该模型模拟了细胞骨架结构。我们使用计算来引入一种由生长本构定律表示的结构优化算法，并且与实验结果一样，细胞的高度在流动加载后显示出细胞高度的降低。已经实现了在流动方向上发展骨骼结构的趋势。包括焦点粘附在内的建模是未来的挑战。