Elucidation of respiratory diseases through analyses on the beating of tracheal cilia and resulting fluid flow

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気管内腔にアレルゲンが侵入したときの細胞表面への接触と、それによる繊毛運動の変化がもたらす粘液流形成および異物排出能への影響を調べ、呼吸器疾患の病態解明につなげるのが本研究の目的である。2022年度は、生体内を模倣する条件下の液流測定と繊毛運動観察を目指し、前年度に引き続き、摘出した気管を対象とした実験を行った。本年度の主な成果としては、気管内腔における粘液層と繊毛周囲層の二層構造を再現したin vitroの系を構築したことと、セミインタクト細胞を用いた繊毛運動評価系の条件検討を行ったことが挙げられる。第一の成果について、生体内では気管上皮は粘性の低い繊毛周囲層に覆われており、繊毛の先端はその上に重なる高粘性の粘液層にわずかに先端を突き刺すことで、粘液層を動かすことが知られている。生体内での繊毛の運動特性を明らかにするためには、この二層構造をモデル化する実験系の構築が必須である。そこで、メチルセルロースを粘液層に見立て、繊毛周囲層を模倣した緩衝液の上に重ねる実験系を構築した。この実験系により、これら２つの層における液流をそれぞれ評価することが可能となった。第二の成果については、気管上皮組織から上皮細胞層を剥離し、その後細胞膜に膜タンパク質で細孔形成を施した後、繊毛運動に寄与する成分を外液から導入する実験をすすめた。一部の細胞については溶液交換により繊毛運動の周波数が変化したことから、セミインタクト細胞となっていることが示唆された。これらの細胞についてはヨウ化プロピジウムやFura2での蛍光染色により、細孔形成の度合を見積もることができることが明らかになった。その他に、生きている個体にプロテアーゼ投与を行って上皮の電子顕微鏡像により繊毛脱離を評価する実験や、繊毛軸糸を対象とした運動評価も行った。