細胞分裂機構の解明を目指した細胞焦点接着斑力学刺激負荷デバイスの開発

开发细胞粘着斑机械刺激加载装置，旨在阐明细胞分裂机制

• 批准号: 19650113
• 负责人: 長山 和亮
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19650113/
• 关键词: バイオメカニクス; 生物・生体工学; 細胞の力学応答; 微細加工技術; 細胞骨格; 力学情報伝達; 微細加工

本研究は,細胞の足場である焦点接着斑と基質との間に生じる力を計測しつつ,それぞれの焦点接着斑部位に力学刺激を負荷できる細胞培養デバイスを開発することを目的として,2年間の研究を進め,下記の成果を得ることができた.1. 磁性粒子混入型マイクロピラーデバイス開発手法の確立:フォトリソグラフィによる微細加工技術を適用し,直径2〜3μm,深さ9μmの微細孔が並んだ鋳型を作製した.そして,平均直径約1.5μmの鉄粉をPDMS(polydimethylsiloxane)溶液中に混入して鋳型に流し込んだ後,遠心力および磁力によって磁性粒子を鋳型底面に沈めさた.引き続きPDMSを加熱硬化して,表面近傍のみ磁性体が入った弾性マイクロピラーを作製する条件を見いだした.このピラーの周囲に磁場を形成することにより,磁力線の方向に沿って,特定のマイクロピラー先端に数100nN(細胞の発生張力と同程度)の力を負荷して撓ませることできた.このようにして,細胞の接着部位に局所的な力学刺激を負荷できるマイクロピラーデバイスを安定して作製する技術を確立した.2. マイクロピラーを用いた細胞接着部位への力学刺激負荷と細胞張力変化の計測:作製した弾性マイクロピラーを用いて,ピラー上で血管平滑筋細胞を培養し,顕微鏡下でピラー基板を引張ることによって,細胞の焦点接着部位に力学刺激を加えながら,接着部位の張力変化を計測できる系を構築した.細胞接着部位への引張ひずみが3〜5%以上になると,急激に細胞張力の上昇が観察された.このことから,引張刺激に応じて細胞内のアクチンストレスファイバの収縮機構が活性化する際には,ひずみの閾値が存在することが示唆された.

This study is aimed at measuring the stress between the focal spot and the matrix of the cells, and the stress on the focal spot and the matrix of the cells. Establishment of magnetic particle mixing type micro-hole development method: micro-hole with diameter of 2 ~ 3μm and depth of 9μm is suitable for micro-machining technology. When iron powder with an average diameter of about 1.5μm is mixed with PDMS(polydimethylsiloxane) solution, the magnetic particles are deposited on the bottom of the mold by the magnetic force and magnetic force. When PDMS is heated and hardened, the magnetic material near the surface is subjected to various conditions. The magnetic field is formed in the direction of the magnetic field, and the force load of 100nN(the same degree of cell tension) is applied along the direction of the magnetic field. In this case, the mechanical stimulation load of the joint part of the cell is established. 2. Measurement of stress load and tension change of cell attachment site: construction of a system for measuring stress load and tension change of cell attachment site: construction of a system for measuring stress load and tension change of cell attachment site: construction of a system for measuring tension change of cell attachment site. The increase in cell tension due to stress was observed when the cell adhesion site tension increased by more than 3 ~ 5%. This is the first time that a stress has been induced in a cell.

项目成果

培養血管平滑筋細胞の力学特性と細胞内力学バランスに対するF-アクチンと微小管の寄与

F-肌动蛋白和微管对培养血管平滑肌细胞的机械特性和细胞内机械平衡的贡献

• 发表时间: 2008
• 作者: Hwansung Lee;Yoshiyuki Taenaka;S. Tatsumi;長山 和亮
• 通讯作者: 長山 和亮

細胞焦点接着斑への力学刺激負荷を目指した磁性粒子埋込型マイクロピラーデバイス開発に関する基礎研究

开发磁性颗粒嵌入微柱装置的基础研究，旨在将机械刺激应用于细胞粘着斑

• 发表时间: 2008
• 作者: 李桓成;赤川英毅;築谷朋典;本間章彦;巽英介;妙中義之;浜田保弘
• 通讯作者: 浜田保弘

A Novel Micro Tensile Tester with Feed-back Control for Viscoelastic Analysis of Single Isolated Smooth Muscle Cells

一种具有反馈控制的新型微拉伸测试仪，用于单个分离平滑肌细胞的粘弹性分析

• 发表时间: 2007
• 期刊: Medical Engineeing & Physics Q9
• 作者: T. Sugiura;M. Nakao;T. Sato and K. Minato;Nagayama K;Tamura A;Nagayama K
• 通讯作者: Nagayama K

Contribution of actin filaments and microtubules to quasi-in situ tensile properties and internal force balance of cultured smooth muscle cells on a substrate

• DOI: 10.1152/ajpcell.00098.2008
• 发表时间: 2008-12-01
• 期刊: AMERICAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY-CELL PHYSIOLOGY
• 影响因子: 5.5
• 作者: Nagayama, Kazuaki;Matsumoto, Takeo
• 通讯作者: Matsumoto, Takeo

On the Intracellullar Memory of Stress Fiber Orientation : Effects of Microtubules and Focal Adhesions on the Repolymerization Process of Stress Fibers

关于应力纤维取向的细胞内记忆:微管和局部粘附对应力纤维再聚合过程的影响

• 发表时间: 2008
• 作者: T. Sugiura;M. Nakao;T. Sato and K. Minato;Nagayama K;Tamura A;Nagayama K;Nagayama K;松本 健郎;Matsumoto T;Yang YF
• 通讯作者: Yang YF