マイクロパターニングと力学刺激負荷による血管平滑筋細胞の形質転換メカニズムの解明

通过微图案化和机械刺激负荷阐明血管平滑肌细胞的转化机制

• 批准号: 17700392
• 负责人: 長山 和亮
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17700392/
• 关键词: バイオメカニクス; 細胞力学; アクチンフィラメント; 血管平滑筋細胞; フェノタイプ

本研究では,血管平滑筋細胞の形状や配列状態を操作する技術を確立するとともに,細胞に対して力学刺激を加えることにより,細胞の形状や配列状態,細胞に加わる力が血管平滑筋細胞の形質転換にどのような影響を与えるか明らかにすることを目的として,2年間の研究を進めてきた.1.マイクロパターニングによる平滑筋細胞の形状・配列制御ならびに焦点接着斑の位置制御厚さ0.1mm程度のシリコーン弾性膜表面に対し,透過型電子顕微鏡試料用のグリッドシートをマスクとして酸素イオンを照射した.この手法により,特定の基板表面領域に官能基を形成して細胞親和性を向上させ,細胞の接着領域を制御し培養する技術を確立した.250pm×40pmの長方形状や,80μm×80μmの正方形状に細胞接着領域をパターニングしたところ,血管平滑筋細胞の形態をこれらのパターニング領域に沿って長方形状,正方形状に制御することができた.さらに,焦点接着斑の位置を細胞輪郭部位に集中させて,細胞収縮機構を構成するアクチンフィラメント(AF)を一定方向に配列させながら培養する技術を確立した.2.力学刺激負荷試験と細胞の形態内部構造観察および形質の評価ブタ胸大動脈血管より単離・培養した平滑筋細胞を試料として,1.によって長方形状に形態および配列状態を制御しつつシリコーン弾性膜上に培養した.そして,動脈の拍動を考慮した周波数1Hz,伸展率10%程の繰返伸展刺激を細胞の長手方向や幅方向に対して負荷した.繰返伸展刺激を常に細胞の長手方向に負荷した場合,AFが常に伸展負荷方向と同一方向に配列した形態を保ちながら,その発現量が増加した.しかし平滑筋ミオシン重鎖(SMMHC)等の発現量には著しい変化が見られなかった.また,平滑筋細胞をコラーゲンゲル内に3次元的に培養する系を構築し,同様の繰返伸展刺激を加えたところ,細胞が繰返引張方向に配向するとともに,AFやSMMHCの発現量が血管壁内から単離直後の収縮型細胞レベルまで向上することが明らかとなった.

在这项研究中，我们建立了一种操纵血管平滑肌细胞的形状和排列的技术，通过对细胞施加机械刺激，我们将能够控制细胞的形状和排列以及施加在它们上的力。清楚它如何影响转变。我们进行了两年的研究，目的是： 1. 通过电子显微镜标本的微图案控制平滑肌细胞的形状和排列以及粘着斑的位置。使用该方法，利用该片材进行氧离子照射，在特定的基底表面区域形成官能团，以提高细胞亲和力，并控制和培养 250pm x 40pm 矩形形状、80μm×80 的细胞粘附区域。通过将细胞粘附区域图案化为μm正方形形状，我们能够沿着这些图案化区域将血管平滑肌细胞的形态控制为矩形和正方形形状。此外，通过调整细胞轮廓细胞收缩机来确定粘着斑的位置。专注于网站我们已经建立了一种培养构成结构的肌动蛋白丝（AF）的技术，同时将它们按固定方向排列。 2.机械刺激应力测试，观察细胞形态和内部结构，并评估从猪中分离和培养的性状。胸主动脉血管 以平滑肌细胞为样本，1.将细胞培养在有机硅弹性膜上，同时控制其形状和排列为矩形。然后以1Hz的频率和约10%的拉伸率在纵向和宽度方向上对细胞进行重复拉伸刺激，考虑到动脉的搏动，细胞不断受到重复的拉伸刺激。当纵向施加负荷时，平滑肌肌球蛋白重链（SMMHC）的表达水平增加，同时保持AF始终沿与拉伸负荷方向相同的方向排列的形态。然而，没有显着变化平滑肌肌球蛋白重链(SMMHC)的表达水平等。此外，没有观察到平滑肌细胞。当我们在 Gengel 中构建三维培养系统并施加重复拉伸刺激时，细胞反复向张力方向定向，并且分离后血管壁内 AF 和 SMMHC 的表达水平立即增加。细胞的收缩水平提高到收缩细胞的水平。

项目成果

Biomechanics at Micro- and Nanoscale Levels, Volume II, pp. 16-25, Effects of actin filaments on anisotropy and stiffness of aortic smooth muscle cells

微米和纳米级生物力学，第二卷，第 16-25 页，肌动蛋白丝对主动脉平滑肌细胞各向异性和硬度的影响

• 发表时间: 2006
• 作者: Nagayama K;Tamura A;Nagayama K;Nagayama K;Nagayama K;Nagayama K;Matsumoto T
• 通讯作者: Matsumoto T

Effect of actin filament distribution on tensile properties of smooth muscle cells obtained from rat thoracic aortas

肌动蛋白丝分布对大鼠胸主动脉平滑肌细胞拉伸特性的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Biomechanics 39
• 作者: Y. Ueki;Y. Ueki;Y. Ueki;M. Nishimura;T. Ohashi;S. Sugita;M. Nishimura;S. Sugita;T. Ohashi;S. Sugita;M. Sato;K. Ito;T. Ohashi;T. Ohashi;N. Sakamoto;T. Ohashi;G. Song;T. Ohashi;T. Ohashi;M. Sato;M. Sato;K. Ito;T. Ohashi;T. Ohashi;N. Sakamoto;T. Ohashi;G. Song;K. Nagayama
• 通讯作者: K. Nagayama

Effects of Actin Filaments on the Viscoelastic Properties of Aortic Smooth Muscle Cells

肌动蛋白丝对主动脉平滑肌细胞粘弹性的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of 15th International Conference on Mechanics in Medicine and Biology (ICMMB-15)
• 作者: Nagayama K;Yanagihara S;Matsumoto T
• 通讯作者: Matsumoto T

A novel micro tensile tester with feed-back control for viscoelastic analysis of single isolated smooth muscle cell

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 Engineering ＆ Physics 29・5
• 作者: Nagayama K

Tensile properties of cultured aortic smooth muscle cells obtained in a quasi-in situ tensile test with thermoresponsive gelatin

用热敏明胶进行准原位拉伸试验获得的培养主动脉平滑肌细胞的拉伸特性

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Biomechanical Science and Engineering 1・1
• 作者: Nagayama K;Yanagihara S;Matsumoto T;松本 健郎;Matsumoto T;Nagayama K
• 通讯作者: Nagayama K