超精密時空間マニピュレーションで定量解明する細胞力学の非線形非平衡性

使用超精确时空操作定量阐明细胞力学的非线性非平衡特性

基本信息

批准号：
18J00259
负责人：
伊藤弘明
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J00259/
关键词：
赤血球細胞力学粘弾性ゆらぎマイクロ流体工学

项目摘要

本年度は、主として赤血球のオンチップ形状ゆらぎ解析の実験および、並行して次年度のための予備実験を実施した。従来の形状ゆらぎ解析は基板上に静置した赤血球について行うが、本研究ではオンチップ細胞マニピュレーション（Ito, 2017等）を用いてマイクロ流路を流れる赤血球を一時静止させて行う。このために、光学系と制御プログラムの最適化を行った。これにより一時静止状態の形状ゆらぎを解析した後に、同一の赤血球に狭窄変形を課して観察できるようになった。形状ゆらぎを連続体モデルで、狭窄変形を一般化粘弾性要素モデルで解析したところ、ゆらぎ解析で得られる赤血球膜の表面張力が一般化粘弾性要素の弾性係数の一つと正の相関を示し、また粘弾性緩和を担当する粘性係数が内部溶液（細胞質）の粘性と正の相関を示した。赤血球の粘性は細胞膜と細胞質に由来して2つの寄与があることが知られており、短時間変形では細胞膜粘性が支配的であると言われている。本研究の結果、長時間大変形の場合に支配的な粘性は細胞質粘性と相関をもつことが示唆されており、興味深い。また、赤血球のスペクトリン細胞骨格の可視化に向け、蛍光染色プロトコルの確立と予備的な変形実験を行った。ここでは、長い狭窄部を持つ薄さ2umのマイクロ流路に一定圧力で押し込むことで赤血球の長時間変形を実現し観察を行った。さらに、線維芽細胞（NIH3T3）についてもオンチップマニピュレーションを用いた長時間変形実験を行った。赤血球と同様に長時間変形後の粘弾性形状緩和が観察され、一般化粘弾性モデルによる定量化を行った。赤血球と比較して線維芽細胞は粘性係数が1桁ほど大きいこと、また、赤血球と同様の負荷時間に対する非線形応答性が確認された。細胞の長時間変形応答はタンパク質等の詳細に依らない、普遍的な性質であることが示唆される。以上の通り、当初予定に加え数多くの研究の芽が得られた。

今年我们主要进行了红细胞片上形状波动分析的实验，同时我们也进行了明年的前期实验。传统的形状波动分析是对固定在基板上的红细胞进行的，但在这项研究中，使用芯片上的细胞操作暂时停止流过微通道的红细胞（Ito，2017 等）。为此，我们优化了光学系统和控制程序。这使得可以分析暂时静止状态下的形状波动，然后观察受到收缩变形的相同红细胞。当使用连续体模型分析形状波动和使用广义粘弹性单元模型分析收缩变形时，由波动分析获得的红细胞膜的表面张力与广义粘弹性单元的弹性系数In之一呈正相关。此外，负责粘弹性松弛的粘度系数与内部溶液（细胞质）的粘度呈正相关。已知红细胞的粘度有来自细胞膜和细胞质的两个贡献，并且据说在短期变形期间细胞膜粘度占主导地位。这项研究的结果很有趣，因为它表明长期大变形期间的主导粘度与细胞质粘度相关。我们还建立了荧光染色方案并进行了初步修饰实验以可视化红细胞的血影蛋白细胞骨架。在这里，我们通过将红细胞以恒定的压力推入具有长收缩的2微米厚的微通道中来实现红细胞的长期变形，并观察它们。此外，我们还利用片上操作对成纤维细胞（NIH3T3）进行了长期变形实验。与红细胞类似，在长期变形后观察到粘弹性形状松弛，并使用广义粘弹性模型进行量化。已证实成纤维细胞的粘度系数比红细胞高一个数量级，并且它们对加载时间具有与红细胞类似的非线性响应。这表明细胞的长期变形反应是一种普遍特性，不依赖于蛋白质等细节。如上所述，除了原计划之外，还获得了许多研究种子。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Loading-time dependence of cellular viscoelasticity under shear and squeezed deformation

剪切和挤压变形下细胞粘弹性的加载时间依赖性

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
伊藤弘明;桐本淳司;武石直樹;金子真
通讯作者：
金子真

短時間微小変形における赤血球粘弾性計測

短期微变形过程中红细胞粘弹性的测量

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
桐本淳司;伊藤弘明;金子真
通讯作者：
金子真

On-chip dynamic mechanical measurement

片上动态机械测量

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Atsushi Kirimoto; Hiroaki Ito; Mitsuhiro Horade; Toshio Takayama; Misato Chimura; Tomohito Ohtani; Yasushi Sakata; Makoto Kaneko
通讯作者：
Makoto Kaneko

血液2次元流れにおける赤血球機械特性の効果

红细胞力学特性对二维血流的影响