新規メカニカル負荷装置の開発を通した次世代メカノメディスンへの挑戦

通过开发新型机械负载装置应对下一代机械医学的挑战

• 批准号: 21H04960
• 负责人: 成瀬 恵治
• 金额: $ 27.71万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04960/
• 关键词: メカニカルストレス; 高圧力環境; 圧力刺激; 伸展刺激; 剪断応力; 細胞内カルシウムイオン; 活性酸素種

静水圧下ストレッチシステムの開発に関し、高圧力下における蛍光分光器の構築を行なった.心筋細胞に対するマルチメカニカルストレスへの応答解析に関し、以下の3つの成果を得た．①圧力刺激への応答：Ca2+濃度指示薬を用いた観察から、筋細胞は高圧力下では細胞内のCa2+濃度を増加することなく収縮することが示された．この結果を検証するため、高圧力下で蛍光分光器を構築し、Ca2+濃度指示薬の蛍光強度は圧力変化に対して顕著に変化しないことを確認した．②伸展刺激への応答：心筋細胞の急性伸展刺激は、SGLT1への刺激ではなく、SMIT1を介したNOX2によるROS産生を増加させることが示唆された．この仮説は、マウス心から単離した心室筋細胞を用いた実験によって検証され、SGLT2阻害薬であるエンパグリフロジン(EMPA)の存在下では伸展刺激誘発性ROS産生が抑えられることが示された．SGLT2は心筋細胞には発現していないが、EMPAはSGLT1とSMIT1の活性もある程度阻害することが明らかになった．③血行動体負荷への応答：心臓の血行動態負荷に対する適応能力の形成機構を明らかにすることを目的として、心臓の成長と機能的成熟におけるTRPV2の役割を検討した．その結果、心筋細胞の成熟に先行して生じる膜局所でのTRPV2を介したCa2+流入が、血行動態負荷に対する心臓のしなやかな応答に必須であるという実験事実を見出した．マイクロ流体チップ上で血管内皮細胞を培養する実験系において、圧力刺激、伸展刺激、および剪断応力刺激を負荷して一酸化窒素放出をライブイメージングで記録する実験方法を確立した．さらに、本助成事業で購入した光造形機にて生体材料用の樹脂を用いてマイクロ流体流路をプリントし、その流路上に細胞を培養してレーザー共焦点顕微鏡で観察を行うことに成功した．

Development of optical spectrometers under hydrostatic pressure and high pressure. The following 3 results were obtained from the analysis of the response of the cardiac muscle cells. (1) Response to stress stimulation: Ca2 + concentration indicator is used to detect the increase of intracellular Ca2 + concentration in muscle cells under high pressure. The results of this investigation were verified by the construction of a spectroscope under high pressure conditions, the Ca2 + concentration indicator, and the change in the intensity of light under high pressure conditions. (2) Response to stretch stimulation: acute stretch stimulation of cardiac muscle cells, SGLT1 stimulation, SMIT1, NOX2, ROS production increased, and so on. In the presence of SGLT2 inhibitor (EMPA), extension-induced ROS production was inhibited. SGLT2 inhibitor was found in cardiac muscle cells. EMPA was found to inhibit SGLT1 and SMIT1 activity. (3) Response of blood dynamic load: The mechanism of formation of adaptive capacity of heart dynamic load is discussed in detail. As a result, the maturation of cardiac muscle cells precedes the development of TRPV2 mediated by Ca2 + influx, and the hemodynamic load is necessary for cardiac response. To establish a method for recording the effects of stress stimulation, stretch stimulation, shear stress stimulation, stress load and release of cytokines on vascular endothelial cells cultured in fluid. In addition, the company has successfully purchased a resin for biological materials, a confocal microscope, and a flow path for cell culture.

项目成果

Systematic Understanding of Pathophysiological Mechanisms of Oxidative Stress-Related Conditions-Diabetes Mellitus, Cardiovascular Diseases, and Ischemia-Reperfusion Injury.

• DOI: 10.3389/fcvm.2021.649785
• 发表时间: 2021
• 期刊: Frontiers in cardiovascular medicine
• 影响因子: 3.6
• 作者: Wang M;Liu Y;Liang Y;Naruse K;Takahashi K
• 通讯作者: Takahashi K

Role of the TRPM4 channel in mitochondrial function, calcium release, and ROS generation in oxidative stress

TRPM4 通道在氧化应激中线粒体功能、钙释放和 ROS 生成中的作用

• DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.03.077
• 发表时间: 2021
• 期刊: Biochemical and Biophysical Research Communications
• 影响因子: 3.1
• 作者: Wang Chen;Chen Jian;Wang Mengxue;Naruse Keiji;Takahashi Ken
• 通讯作者: Takahashi Ken

Human heart-on-a-chip that responds to noradrenaline and mechanical stimulus

对去甲肾上腺素和机械刺激做出反应的人类心脏芯片

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahashi K;Liu Y;Wang M;Kamran R;Naruse K
• 通讯作者: Naruse K

メカノメディスン：基礎から臨床まで

机械医学：从基础到临床实践

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Kamegawa;M. Naito;S. Uchida;H.J. Kim;B.S. Kim;K. Miyata;成瀬恵治
• 通讯作者: 成瀬恵治

The role of TRPV2 in pressure overload-induced pathological cardiac remodeling

TRPV2在压力超负荷引起的病理性心脏重塑中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Katanosaka Y;Yubing D;Yanzhu C;Naruse N
• 通讯作者: Naruse N