マトリックスデバイスによる細胞骨格の力学バランス計測と細胞機能制御

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細胞の力学情報伝達は細胞・組織の生理・病理に深く関わることからそのメカニズムを知ることは非常に重要であるが,力学刺激が実際に細胞内でどのように伝達されているか,またそれによって機能がどのように修飾を受けるのかに関しては未知の部分が多い.本研究では,マイクロマシニング技術により細胞底面に発生する力を直接計測できる実験系を構築し,力学刺激が細胞骨格を伝達する経路およびその大きさを定量的に求めること,さらにこの実験系により機能制御の実現可能性を探ることを目的とする.微細加工技術を用いて細胞を培養するマトリックス(細胞外基質)上にPDMSによるマイクロピラーアレイ(高さ10μm,直径3μm,マイクロピラー間ピッチ8μm)を形成し,マイクロピラーのたわみから細胞底面で発生する牽引力を計測するものである.本年度において,先端径が2〜3μm程度のガラスのマイクロピペットをマイクロマニピュレータで操作し,特定のマイクロピラーを強制的にたわませる実験を行った.その結果,たわませたマイクロピラーに接続しているストレスファイバの他端のマイクロピラーが連動してたわむ様子が観察された.すなわち,ストレスファイバを通して一つの焦点接着斑からもう一つの焦点接着斑に力学刺激が伝達されていることが明らかとなった.また,ノコダゾール処理により微小管を破壊したところ牽引力は有意に増大した.一方,微小管破壊によりストレスファイバ内のミオシン軽鎖がリン酸化されたことから,微小管は構造的に細胞内力学バランスに役割を果たしているだけでなく生化学的にもストレスファイバの収縮性に関与していることが示された.以上の通り,マイクロピラー基質を用いた実験系により,細胞内力学バランスに果たす骨格構造の役割に関して重要な知見を得ることができた.