マイクロ曲面デバイスで切り拓く細胞の立体形状認識機構のメカノバイオロジー

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本研究は、直径数百μmの制御されたマイクロ曲面上で細胞・組織を培養する新しいプラットフォームを開発し、曲率-細胞張力-接着力からなる細胞接着界面の力学バランスが三次元組織の形態・機能に与える影響を世界で初めて定量解析することを目的とし、これを実現するために細胞培養面の曲率を操作できる新しい細胞培養系の構築に取り組んだ。具体的に、シリコンゴム製の薄膜を加工し、その上で細胞を培養することができる培養チャンバーを製作した。また、光硬化性樹脂とフォトリソグラフ法を用い、長方形(幅500μm, 長さ8mm)や円形の貫通孔(直径500μm)を複数持つマイクロスリットを製作した。さらに、アクリル板を切削し、ガラス板と圧力コントローラー・ダンピングチャンバー・真空ポンプを接続することで減圧装置を製作した。これらの部品を組み合わせ、空気圧により細胞培養面の曲率を操作し、その様子を顕微鏡下で観察可能な新しい培養デバイスのプロトタイプを製作した。このデバイスは細胞培養面の曲率を0-3/mmの範囲で制御可能であり、培養環境下で細胞培養面の曲率を操作し、その応答を観察することに成功した。これまで多くの先行研究が、平面上で細胞の接着領域を制限することで二次元形状に対する応答を観察してきたのに対し、本研究は細胞接着面の曲率という立体的なパラメーターに着目する点で新しい。立体面で細胞を培養し、培養環境下で曲率の大きさや向きを操作可能な本デバイスは、今後曲率操作の範囲や時間応答性、培養操作のスループットを向上することでこれまでにない新しい力学アッセイを実現し、細胞の力学応答や形状認識メカニズムの解明に貢献するものと期待される。