3次元微細構造による細胞のマニピュレーション

点击翻译按钮获取中文摘要

心筋組織内の細胞配列と心筋組織の拍動のリズムの関係を造形する足場構造設計に取り入れ、作製する心筋組織の構造の最適化を目指すため、複数の培養心筋細胞からなる細胞ネットワークの形態とその拍動リズムとの関係を数理的に調べた。Hodgkin-Huxley方程式を基にした単一心筋細胞の膜電位を示すNobleモデルに細胞間電流を示す項を加え、細胞ネットワークの拍動を示す膜電位モデルを作製した。作製したモデルを用いて、細胞ネットワーク内の各細胞の膜電位とその時間変化を計算し、膜電位変化の周期を求めた。膜電位変化の周期は、拍動のリズムと一致するとして、それを拍動の周期とした。等しい拍動周期をもつ細胞から構成される細胞ネットワークにおいて、細胞数や細胞配列、細胞間抵抗値を変化させながら、細胞ネットワーク内の各細胞の拍動の位相が一致するために要する時間と各パラメーターとの関係を求めた。その結果、細胞ネットワークを構成する細胞数、または細胞間抵抗値が大きくなると、細胞ネットワーク内の各細胞の拍動の位相が一致するために要する時間は長くなり、その時間は細胞数または細胞間抵抗値に比例した。また、細胞ネットワーク内で細胞間結合の数が増えると、指数的に同期に要する時問が短くなった。さらに、拍動周期の異なる2個の心筋細胞において、各細胞の拍動の周期が一致するために要する時間、及び拍動の同期に至る拍動ダイナミクスの過程を求めた。細胞間抵抗値を変化させると、細胞間抵抗値が小さいときは各細胞の拍動周期の一致が見られたが、細胞間抵抗値が大きくなると、各細胞の拍動周期は互いに近づいたり離れたりと周期的に変動し、拍動周期の一致は見られなかった。この挙動の分岐となる細胞間抵抗値は、2個の細胞の膜電位容量の差が大きいほど小さくなった。