Feedback signaling mechanism between cells and scaffold in the epithelial development

発生期における上皮立体構造形成には、外環境より発生する物理作用が重要であるが、細胞もまた、牽引力を介した足場の網目構造変化などによって、足場の力学的特性を変化させている。この細胞と足場の力学的特性フィードバック機構は、腸上皮の突出や血管の陥入など、上皮立体構造形成に不可欠であると考えられるが、フィードバック機構の詳細と上皮形態形成への影響は不明である。本研究では、比較可能なin vitro系を用いて各種細胞と足場の力学的特性をデザインし、細胞と足場の力学的特性のリアルタイムモニタリングを通して、細胞と足場の力学的特性のフィードバック機構の詳細と共通性を解明し、様々な上皮立体構造形成への影響を解析することを目的としている。前年度は、生体由来のメタクリロイル化ゼラチン (GelMA) を用いてゲルを作製し、足場の硬さ/物性/パターンを変化させ、ゲルの形状を管状にする方法を確立した。さらに、GelMAに各種生体マトリックス因子を包含させゲル化させる方法も確立してきた。本年度は、この培養系を用いて子宮腺の誘導に物理的因子の関与を検証したところ、in vitroでは誘導不可能であった子宮腺原基の誘導に成功した。さらに、足場物性には間質細胞の寄与が大きいため、GelMAに子宮間質株細胞を含有させ、長期間培養可能な足場条件と培地条件を決定した。3Dモデルに最初に用いる予定である生殖器の上皮細胞に関して、多能性幹細胞を用いて実験を行い、SMAD2/3シグナルと細胞の凝集による圧力が、雌性生殖器の原基となるミュラー管への分化に関与していることが解明しており、これらをまとめて論文を投稿している。

発生期における上皮立体構造形成には、外環境より発生する物理作用が重要であるが、細胞もまた、牽引力を介した足場の網目構造変化などによって、足場の力学的特性を変化させている。この細胞と足場の力学的特性フィードバック機構は、腸上皮の突出や血管の陥入など、上皮立体構造形成に不可欠であると考えられるが、フィードバック機構の詳細と上皮形態形成への影響は不明である。本研究では、比較可能なin vitro系を用いて各種細胞と足場の力学的特性をデザインし、細胞と足場の力学的特性のリアルタイムモニタリングを通して、細胞と足場の力学的特性のフィードバック機構の詳細と共通性を解明し、様々な上皮立体構造形成への影響を解析することを目的としている。前年度は、生体由来のメタクリロイル化ゼラチン (GelMA) を用いてゲルを作製し、足場の硬さ/物性/パターンを変化させ、ゲルの形状を管状にする方法を確立した。さらに、GelMAに各種生体マトリックス因子を包含させゲル化させる方法も確立してきた。本年度は、この培養系を用いて子宮腺の誘導に物理的因子の関与を検証したところ、in vitroでは誘導不可能であった子宮腺原基の誘導に成功した。さらに、足場物性には間質細胞の寄与が大きいため、GelMAに子宮間質株細胞を含有させ、長期間培養可能な足場条件と培地条件を決定した。3Dモデルに最初に用いる予定である生殖器の上皮細胞に関して、多能性幹細胞を用いて実験を行い、SMAD2/3シグナルと細胞の凝集による圧力が、雌性生殖器の原基となるミュラー管への分化に関与していることが解明しており、これらをまとめて論文を投稿している。