力学環境操作による細胞機能応答性の均一化とその細胞生物学的・医工学的意義

通过机械环境操纵实现均匀的细胞功能响应及其在细胞生物学和医学工程中的意义

• 批准号: 11J07552
• 负责人: 松井 翼
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J07552/
• 关键词: メカノバイオロジー; ストレスファイバー; パターニング; 生物物理; ストレスファイバ; メカノバイオロジー; ストレスファイバー; パターニング; 生物物理; ストレスファイバ

本研究課題において前提となる仮説「細胞応答のばらつきの一部は、個々の細胞が置かれる力学環境(形態、基質硬さ等)が多様であることに由来する」に基づき、もし力学環境を均一にすることが可能であれば、その細胞応答における細胞ごとのばらつきを抑制することが可能となることを立証するべく、本年度は以下の研究を行った。細胞形態制御方法として、前年度においてマイクロスケールのマスクと真空放電を用いることで様々なサイズの四角形・円形状に細胞パターニングを施せることが可能となった。今年度は細胞形態を任意の形態へと制御するべく、真空放電装置内にモーター制御機構を組み込み、マスクを走査することで真空放電に暴露された基質表面のみに細胞接着領域を形成することを試みた。その結果、単一細胞レベルでは十分なパターン形成能が得られなかったものの、今後マスクと基質表面間距離を縮めることで改善できるものと考えられた。また、高分子ゴム基質に細胞形態パターニングを施し、かつその表面に任意方向へ微小ガイドを形成する方法を開発した。細胞種にも依るがガラスやポリスチレンシャーレ上では細胞長軸方向へとアクチンストレスファイバーが配向するが、長方形に細胞形態を制御し、その単軸方向に微小ガイドを形成させた基質上では、アクチンストレスファイバーは細胞短軸、つまり微小ガイドに沿った方向へと配向することが明らかとなった。この細胞応答は微小ガイドの方向とアクチンストレスファイバーの端部に形成される細胞接着構造の形成・成熟化が関与していることが示唆された。

基于本研究主题中前提的假设，“细胞反应的一部分差异来自各种动态环境（形态，底物硬度等），在该环境中，单个细胞所在的位置，今年进行了以下研究，以证明，如果动态环境可以是统一的，那么可以抑制细胞 - 细胞响应响应的响应响应。作为控制细胞形态的一种方法，在上一年中，通过使用显微镜掩模和真空放电，可以在各种大小的正方形和圆形形状中进行细胞模式。今年，为了将细胞形态控制到任何所需的形式，我们将电机控制机理纳入真空排放装置中，并尝试仅在扫描面膜扫描到真空放电的底物表面上形成细胞粘附区域。结果，尽管在单个细胞水平上未达到足够的模式形成能力，但人们认为可以通过降低掩模和底物表面之间的距离来改进它。此外，已经开发了一种方法，其中将细胞形态应用于聚合物橡胶底物，并在聚合物橡胶底物的表面沿任意方向形成微凝胶。根据细胞类型，肌动蛋白应激纤维在玻璃或聚苯乙烯培养皿上的纵轴中定向，但已经揭示出，在控制细胞形态矩形并在单轴方向上形成小胶质细胞的底物，在单轴方向，肌动蛋白应力纤维的短轴，沿着小组的短轴，沿着Microxuides。有人提出，这种细胞反应涉及微泌物的方向以及在肌动蛋白应激纤维边缘形成的细胞粘附结构的形成和成熟。