骨組織・細胞の適応的メカニカルストレス応答の観察と力学構造形成手法への応用

骨组织和细胞适应性机械应力响应的观察及其在机械结构形成方法中的应用

基本信息

批准号：
13750083
负责人：
安達泰治
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kobe 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

骨組織の適応的な再構築過程における力学環境変化の影響を明らかにするため,その素過程である細胞の活動に着目し,力学環境の変化が細胞活動に与える影響について検討した.特に,骨芽細胞内の細胞骨格アクチンフィラメントや細胞内カルシウムイオン濃度の変化は,他の様々な細胞内シグナリングカスケードの上流に位置しており,骨形成過程において重要な働きをしている.細胞が力学的刺激を感知する機構の中でも,特に力学的刺激を細胞内部へと伝達する経路において重要な役割を果たしていると考えられているアクチンファイバーが,細胞内において配向した特徴的な構造を有していることに着目し,この構造的特徴が,力学的刺激の伝達機能に対して影響を与えているとの仮説の下で実験を行った.まず,サイトカラシンを用いて細胞内アクチンフィラメント構造を調整し,アクチン量の異なる細胞に対して,マイクロニードルを用いて変形を与えた結果,細胞内カルシウムイオン濃度の上昇が観察された.さらに,同じ刺激に対して,アクチンの量に応じてその応答確率が上昇することが示された.次に,カルシウム蛍光指示薬であるFluo4とFura Redを用いたレシオメトリー法により,力学刺激に対する細胞内カルシウム濃度変化の定量的測定方法について検討した.また,観察領域を限定することにより,細胞のカルシウム応答を0.3秒間隔で追従することが可能となった.マイクロピペットの押し込みに対して,本手法を用いて細胞内カルシウム応答を観察したところ,ピペットの押し込み方向に対して,上流からカルシウムイオンが上昇し,それが細胞内に伝播していく様子が観察された.これらの結果は,分子レベルの複雑な微細構造からなる細胞内力学システム系における力学刺激感知能力を規範とする,新しいメカノセンサーメカニズムの開発へ向けた基礎的な考え方を与えるものと考えられる.また,骨の再生やリモデリングによる骨の構造形成過程における,骨芽細胞の活動に及ぼす力学的刺激の影響を探る基礎となるものである.

为了阐明骨组织适应性重塑过程中机械环境变化的影响，我们以细胞活动这一基本过程为中心，研究了机械环境变化对细胞骨架变化的影响。胚细胞内的肌动蛋白丝和细胞内钙离子浓度它位于各种其他细胞内信号级联的上游，在骨形成过程中发挥着重要作用。在细胞感知机械刺激的机制中，将机械刺激引导至细胞内部尤为重要。被认为在沟通途径中发挥重要作用，针对纤维具有在细胞内定向的特征结构这一事实，我们在该结构特征影响机械刺激的传递功能的假设下进行了实验。肌动蛋白的量。使用微针使不同的细胞变形，观察到细胞内钙离子浓度增加。此外，根据肌动蛋白的量，对相同刺激的反应概率增加。其次，钙荧光指示剂Fluo4和Fura。通过使用Red的比率测定法，我们研究了一种定量测量响应于机械刺激的细胞内钙浓度变化的方法。此外，通过限制观察区域，可以以0.3秒的间隔跟踪细胞钙反应。使用这种方法响应微量移液器推动的细胞内钙反应，我们发现钙离子从上游沿移液器推动的方向上升。，并且观察到它们在细胞中的传播。这些结果表明了一种基于在分子水平上由复杂的微观结构组成的细胞内机械系统中感知机械刺激的能力的新机械传感器机制。它还将作为探索在骨再生和重塑过程中机械刺激对成骨细胞活性的影响的基础。