新奇光制御型足場材料を用いたがん細胞動態の時空間分析法の開発

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タンパク質の発現や局在、定量化など、分析対象として細胞を扱うバイオ分析の発展により、観測精度やハイスループット性が劇的に向上し、癌の早期検出や治療薬発見など医療分野に対して高い貢献を果たしている。しかしながら、次世代の分析技術が開発される流れとは逆行し、対象となる細胞は、未だにポリスチレンディッシュやハイドロゲルなどの静的な人工物で評価されている。これは生体内の細胞が、細胞外マトリックス環境から化学・力学的な刺激を動的に受け続けることを考慮すると、現在までに使用されている足場材料では生体内の現象を正確に捉えているとは言い難い。そこで本研究では、化学・力学特性を光で制御可能な足場材料を開発し、細胞の動態変化をバイオ分析することを目標としている。初年度では、足場材料の力学特性を制御するため、ゲノム編集技術であるCRISPR-Casシステムを光機能化したツールの作製を行なった。まず既存のCRISPR-Casタンパク質を分割し、そこに光応答性分子を導入した光応答性CRISPR-Casを作製し、そのDNA切断効率を調べた。すると、開発した光応答性CRISPR-Casシステムは、光照射時において効率良くDNAを切断したのに対して、光照射を行わない状態ではほぼ活性を示さなかった。この結果より、開発したツールは光照射で活性を制御できることが示され、このタンパク質を用いることでハイドロゲルの架橋部位を切断し、弾性率を調節できることが示唆された。続いて、細胞足場材料の作製を行なった。アクリルアミドからなるハイドロゲルを作製し、条件検討を行うことで弾性率が対象とする臓器と同等になる足場材料が得られた。この材料の上で細胞を培養することで、これまでの報告通り弾性率に応じて細胞の接着挙動が変化することを確認した。