3次元細胞構造体における神経による筋肉駆動制御

3D 细胞结构中的神经控制肌肉驱动

基本信息

批准号：
12J08927
负责人：
森本雄矢
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本年は3次元神経-筋肉共培養組織と拮抗筋構造を含む骨格筋アクチュエータを確立した。①3次元神経-筋肉共培養組織本年度は作製した神経-筋肉共培養組織の評価を行った。まず、本共培養組織中の神経には運動ニューロンの分化マーカーが発現していることを明らかにし、神経と骨格筋線維の接触部においてアセチルコリン受容体の集合が存在していることが確認された。生体の神経筋接合部ではアセチルコリン受容体の集合が存在するため, 上記結果は本神経-筋肉共培養組織にも神経筋接合部が存在することを示唆している。さらに、本神経-筋肉共培養組織にグルタミン酸を与えて神経を興奮させると収縮運動が発生するが、骨格筋線維束にグルタミン酸を与えても収縮運動は発生しないことを確認した。加えて、筋弛緩剤を与えて神経筋接合部を無力化すると、グルタミン酸を与えても収縮運動が発生しないことを確認した。上記結果より、提案の方法により神経刺激で駆動可能な骨格筋組織を確立できたと考えられる。②拮抗筋構造を含む骨格筋アクチュエータ骨格筋線維束の生体外での構築は様々な研究者により試みられているが、経時的に変化する骨格筋線維の張力との継続的な釣り合いが取れず、継続して収縮性を発揮することが困難であった。そこで、生体と同様に拮抗筋構造を構築して、両筋肉の間で張力のバランスを取りながら培養することを試みた。拮抗筋構造の構築に向けて、筋芽細胞を含んだシート状のゲル構造を積層させた状態で培養する方法を考案した。提案の方法を用いてリンク機構を有する構造体上で拮抗筋構造を実現することで、継続した収縮性を発揮可能になっただけでなく、進展・収縮の2方向の運動が可能となった。以上の結果より、従来の骨格筋構築法よりも拮抗筋構造は創薬分野や工学分野への応用可能性が高く、将来的には①の結果を応用することで神経刺激による駆動も実現できると考えられる。

今年，我们建立了一种包含三维神经肌肉共培养组织和拮抗肌结构的骨骼肌执行器。 ①三维神经肌肉共培养组织今年，我们对制备的神经肌肉共培养组织进行了评估。首先，我们发现运动神经元分化标记物在该共培养组织的神经中表达，并证实在神经和骨骼肌纤维之间的接触区域存在一组乙酰胆碱受体。由于生物体的神经肌肉接头处存在乙酰胆碱受体的集合，因此上述结果表明神经肌肉接头也存在于该神经肌肉共培养组织中。此外，我们确认，当将谷氨酸应用于该神经-肌肉共培养组织以兴奋神经时，会发生收缩运动，但当将谷氨酸应用于骨骼肌纤维束时，不会发生收缩运动。此外，我们确认，当神经肌肉接头因给予肌肉松弛剂而丧失能力时，即使给予谷氨酸也不会发生收缩运动。从以上结果来看，认为所提出的方法能够建立可由神经刺激驱动的骨骼肌组织。（2）各个研究人员尝试在体外构建骨骼肌执行器骨骼肌纤维束，包括拮抗肌结构，但一直无法持续平衡骨骼肌纤维的张力，随着时间的推移而变化，很难做到这一点。持续表现出收缩性。因此，我们试图构建与生物体相似的拮抗肌肉结构并对其进行培养，同时保持两块肌肉之间的张力平衡。为了构建拮抗性肌肉结构，我们设计了一种培养含有成肌细胞的层状片状凝胶结构的方法。通过使用所提出的方法在具有连杆机构的结构上创建对抗性肌肉结构，不仅可以表现出连续的收缩性，而且可以在两个方向上移动：扩张和收缩。基于以上结果，拮抗肌结构比传统的骨骼肌构建方法更有可能应用于药物发现和工程领域，未来应用①的结果可以实现神经刺激驱动据认为。