原子間力顕微鏡による再生医療培養組織の力学特性解析

使用原子力显微镜分析再生医学培养组织的机械特性

• 批准号: 16J02087
• 负责人: 田中 良昌
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J02087/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; レオロジー; 組織; 細胞

本研究の目的は、これまでに構築してきた、組織の広範囲にわたる弾性率測定を可能にした原子間力顕微鏡法(AFM)を改良して、高速レオロジー測定を可能にすることで組織の正確な診断を実現し、移植用培養組織モデルの力学特性と分子生物学的な手法による機能との相関関係を調べることができる計測手法を確立することである。本年度は、組織の主な構成要素である細胞を用いて、レオロジー測定により取得できる複数のレオロジー変数を用いた組織診断の可能性を評価した。異なる状態の多数の単一細胞の弾性率とレオロジー変数を測定し、両者の識別精度を比較した。その結果、弾性率を用いた識別よりも複数のレオロジー変数を用いた識別の方が識別精度は有意に高かった。さらに、この時のレオロジー測定速度はこれまでに構築した広範囲弾性率測定の約1.5倍であった。以上より、これまでよりも高速かつ高い識別精度で診断が可能な超広範囲AFMの開発に成功した。さらに、これまでに構築したAFMの技術を元にして、細胞表面のダイナミクスを反映する値である相互作用長の空間分布を調べることが可能なイオンコンダクタンス顕微鏡も構築した。これを用いて、正常上皮細胞とがん遺伝子が発現した細胞が混在した単層上皮シートにおいて、両者が隣接している細胞と、同種の細胞の中に位置する細胞では相互作用長が異なっていることが明らかになった。この結果から、本手法により、組織の中に異なる状態の細胞があることを検出できる可能性が示唆された。以上のように、当初予定していた移植組織モデルの評価までは到達できなかったが、当初の予想を超える新手法による再生医療培養組織の力学特性解析法が確立した。これにより、移植組織モデルの力学測定と分子生物学的手法による機能解析の相関関係から移植組織モデルの高精度な評価が可能になると期待できる。

这项研究的目的是改善到目前为止已经构建的原子力显微镜（AFM），该原子显微镜（AFM）能够实现高速流性测量，以实现准确的组织诊断，并建立一种可以研究植入培养的组织模型的机械性能与分子生物学方法功能的测量方法。今年，我们使用多个可以通过流变学测量获得的多个流变学变量评估了使用细胞（是组织的主要成分）进行组织诊断的可能性。测量了不同状态中多个单个细胞的弹性模量和流变变量，并比较了两者的识别精度。结果，使用多个流变学变量识别的识别精度明显高于使用弹性模量的识别。此外，此时的流变测量速度约为迄今为止构建的宽范围弹性模量的测量。从上面，我们成功地开发了一个超宽范围的AFM，该范围允许比以前更快，更高的识别精度诊断。此外，基于到目前为止我们已经构建的AFM技术，我们还构建了一个离子电导显微镜，使我们能够研究相互作用长度的空间分布，这是反映细胞表面动力学的值。使用此情况，可以发现，在单层上皮片中，正常的上皮细胞和表达致癌基因的细胞混合在一起，相互作用的相互作用长度在彼此附近的细胞和位于同一物种内的细胞之间有所不同。这些结果表明，该技术可以检测组织内不同状态的细胞。如上所述，我们无法达到移植组织模型的最初计划的评估，但是已经建立了一种新方法来分析再生医学培养组织的机械性能，这超出了初始预期。可以预期，通过使用分子生物学方法的机械测量与植入组织模型的机械测量与功能分析之间的相关性，可以高度准确地评估植入的组织模型。

项目成果

多重周波数原子間力顕微鏡法による単一細胞のレオロジー診断技術

多频原子力显微镜单细胞流变诊断技术

• 发表时间: 2018
• 作者: 田中 良昌;繁富 (栗林) 香織;スバギョ アグス;末岡 和久,岡嶋 孝治
• 通讯作者: 末岡 和久,岡嶋 孝治

原子間力顕微鏡による細胞機能と力学特性の単一細胞相関解析法

使用原子力显微镜对细胞功能和机械性能进行单细胞相关分析

• 发表时间: 2016
• 作者: 田中 良昌;繁富 (栗林) 香織;スバギョ アグス;末岡 和久,岡嶋 孝治;田中 良昌
• 通讯作者: 田中 良昌