細胞の力学的性質と細胞骨格ネットワークの関係の解明

阐明细胞机械特性与细胞骨架网络之间的关系

基本信息

批准号：
15700342
负责人：
山本玲子
金额：
$ 2.24万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

生体内の器官・組織は常に荷重を受け、変形している。また、生体が受ける力学的刺激は、組織・器官の形状や生理的機能に影響を及ぼす。したがって、生体の生理ならびに機能を理解するためには、生体組織やその構成要素である細胞の力学的性質を明らかにする必要がある。本研究では細胞骨格に着目し、その状態と細胞の力学的性質の関係を明らかにすることを目的とした。はじめに、力学的刺激が細胞骨格形成量・接着斑占有面積及び細胞接着特性に及ぼす影響を調べた。ガラス表面にフィブロネクチンを被覆し、ヒト正常線維芽細胞HEL299を播種、48h培養後、平行平板流路を用いて剪断流れを3h負荷した。その後、細胞骨格形成状態を観察し、さらに剪断接着力・剥離エネルギーを測定、細胞骨格の発達方向依存性を調べた。その結果、剪断流れ負荷により、細胞骨格形成量は有意に増加した。剪断接着力・剥離エネルギーは剥離方向に対し細胞骨格が垂直に交差する方が、平行に発達している細胞よりも有意に高かった。剪断接着力・剥離エネルギーの細胞骨格発達方向依存性は、無負荷の状態よりも剪断流れ負荷後の方がより明確に現れた。剪断接着力・剥離エネルギーの細胞骨格発達方向依存性が現れた理由を解析するために、生細胞における細胞骨格の可視化を行い、材料表面からの剪断剥離過程における細胞骨格の変形挙動観察を行った。その結果、細胞骨格発達方向と剥離力負荷方向により、細胞骨格の破断機構が異なることが判明した。細胞骨格発達方向に対し垂直方向に力を加えた場合、細胞骨格は接着斑を起点に大きく変形後、破断した。しかし、細胞骨格発達方向と平行に力を加えた場合、細胞骨格はすぐに破断した。前者の場合、細胞骨格に加えられた力は骨格全体に伝わり、両端の接着斑部で反力が生じたと推測される。後者の場合、チップ接触部より剥離方向後端の接着斑には引張力が加わったが、チップ接触部から剥離方向前端の接着斑には圧縮力が加わったと推測され、そのため剥離方向前端の接着斑には力が伝わらず、結果として剪断接着力・剥離エネルギーが前者よりも小さくなったと考えられる。

体内的器官和组织不断承受负荷并变形。此外，生物体接受的机械刺激会影响组织和器官的形状和生理功能。因此，为了了解活体的生理和功能，有必要阐明生物组织及其成分的机械性能。这项研究的重点是细胞骨架，旨在阐明其状态与细胞的机械性能之间的关系。首先，我们研究了机械刺激对细胞骨架形成量，粘附面积和细胞粘附特性的影响。将玻璃表面涂有纤连蛋白，并播种人正常成纤维细胞HEL299，并在培养48小时后，使用平行板流动通道将剪切流量加载3小时。之后，观察到细胞骨架的形成，测量剪切粘附和脱离能，并检查了细胞骨架对发育方向的依赖性。结果，由于剪切流量负载，细胞骨架形成的量显着增加。当细胞骨架垂直于脱离方向上的细胞骨架与平行发达的细胞相比，剪切粘附和脱离能量明显更高。剪切粘附和脱离能对细胞骨架发育方向的方向依赖性比没有载荷的情况更明显。为了分析剪切粘附和脱离能的方向依赖性在细胞骨架发育中出现，我们可视化活细胞中的细胞骨架，并观察到剪切脱离材料表面期间细胞骨架的变形行为。结果，发现细胞骨架的断裂机理取决于细胞骨架发育的方向和脱离力的方向。当垂直于细胞骨架发育方向施加力时，将细胞骨架从局灶性粘附点显着变形，然后骨折。但是，当平行于细胞骨架发育方向施加力时，细胞骨架很快就会破裂。在前一种情况下，将施加到细胞骨架上的力在整个骨架上传播，并假定在两端的焦点粘附部位产生了反应力。在后一种情况下，将拉伸力施加到脱皮方向的尖端接触部分处的粘附窝，但估计据估计，在剥落的方向上，在去皮方向的尖端接触部分处将压缩力应用于尖端接触的粘附窝，因此并未将其转移到e骨上方的最终方向，并在粘附量的最终方向上，并不脱皮能量比前者小。