マイクロパターニングと力学刺激負荷による血管平滑筋細胞の形質転換メカニズムの解明

通过微图案化和机械刺激负荷阐明血管平滑肌细胞的转化机制

• 批准号: 17700392
• 负责人: 長山 和亮
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17700392/
• 关键词: バイオメカニクス; 細胞力学; アクチンフィラメント; 血管平滑筋細胞; フェノタイプ

本研究では,血管平滑筋細胞の形状や配列状態を操作する技術を確立するとともに,細胞に対して力学刺激を加えることにより,細胞の形状や配列状態,細胞に加わる力が血管平滑筋細胞の形質転換にどのような影響を与えるか明らかにすることを目的として,2年間の研究を進めてきた.1.マイクロパターニングによる平滑筋細胞の形状・配列制御ならびに焦点接着斑の位置制御厚さ0.1mm程度のシリコーン弾性膜表面に対し,透過型電子顕微鏡試料用のグリッドシートをマスクとして酸素イオンを照射した.この手法により,特定の基板表面領域に官能基を形成して細胞親和性を向上させ,細胞の接着領域を制御し培養する技術を確立した.250pm×40pmの長方形状や,80μm×80μmの正方形状に細胞接着領域をパターニングしたところ,血管平滑筋細胞の形態をこれらのパターニング領域に沿って長方形状,正方形状に制御することができた.さらに,焦点接着斑の位置を細胞輪郭部位に集中させて,細胞収縮機構を構成するアクチンフィラメント(AF)を一定方向に配列させながら培養する技術を確立した.2.力学刺激負荷試験と細胞の形態内部構造観察および形質の評価ブタ胸大動脈血管より単離・培養した平滑筋細胞を試料として,1.によって長方形状に形態および配列状態を制御しつつシリコーン弾性膜上に培養した.そして,動脈の拍動を考慮した周波数1Hz,伸展率10%程の繰返伸展刺激を細胞の長手方向や幅方向に対して負荷した.繰返伸展刺激を常に細胞の長手方向に負荷した場合,AFが常に伸展負荷方向と同一方向に配列した形態を保ちながら,その発現量が増加した.しかし平滑筋ミオシン重鎖(SMMHC)等の発現量には著しい変化が見られなかった.また,平滑筋細胞をコラーゲンゲル内に3次元的に培養する系を構築し,同様の繰返伸展刺激を加えたところ,細胞が繰返引張方向に配向するとともに,AFやSMMHCの発現量が血管壁内から単離直後の収縮型細胞レベルまで向上することが明らかとなった.

In this study, the shape and arrangement of vascular smooth muscle cells were manipulated by mechanical stimulation, and the shape and arrangement of vascular smooth muscle cells were influenced by mechanical stimulation. 1. The shape and arrangement of smooth muscle cells and the position of focal spots were controlled to a thickness of 0.1 mm, and the surface of thin film was irradiated with light for transmission electron microscope samples. This technique establishes a technique for the formation of functional groups in specific substrate surface areas, cell affinity enhancement, cell adhesion area control and culture. 250pm × 40pm rectangular cell adhesion area, 80 μm×80μm square cell adhesion area, vascular smooth muscle cell morphology, cell adhesion area control along rectangular, square shape. 2. Mechanical stimulation load test, observation of the internal structure of the cell morphology, evaluation of the shape and quality of the thoracic artery, and culture of smooth muscle cells 1. Rectangular shape, shape and alignment state are controlled. Therefore, considering the beating of the arteries, the cyclic wave number is 1 Hz, the stretching rate is 10%, and the return stretching stimulation is applied to the cell in both directions. When the stretching stimulus is applied to the long hand direction of the cell, the AF is applied to the long hand direction of the cell, and the morphology is maintained in the same direction, so that the amount of detection increases. The occurrence of SMMHC and so on is not easy to see. The smooth muscle cells were cultured in three-dimensional culture system, and the same stretch stimulation was added. The cells were aligned in the direction of stretch. AF and SMMHC production were increased.

项目成果

Effect of actin filament distribution on tensile properties of smooth muscle cells obtained from rat thoracic aortas

肌动蛋白丝分布对大鼠胸主动脉平滑肌细胞拉伸特性的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Biomechanics 39
• 作者: Y. Ueki;Y. Ueki;Y. Ueki;M. Nishimura;T. Ohashi;S. Sugita;M. Nishimura;S. Sugita;T. Ohashi;S. Sugita;M. Sato;K. Ito;T. Ohashi;T. Ohashi;N. Sakamoto;T. Ohashi;G. Song;T. Ohashi;T. Ohashi;M. Sato;M. Sato;K. Ito;T. Ohashi;T. Ohashi;N. Sakamoto;T. Ohashi;G. Song;K. Nagayama
• 通讯作者: K. Nagayama

Observation of Cell Shortening and Dynamic Changes of Actin Filaments during Cell Detachment from Thermoresponsive-Gelatin-Coated Substrate

细胞从热敏明胶涂层基质上脱离过程中细胞缩短和肌动蛋白丝动态变化的观察

• 发表时间: 2005
• 期刊: JSME Int J Ser C 48・4
• 作者: Matsumoto T;Nagayama K;Nagayama K;Nagayama K
• 通讯作者: Nagayama K

Biomechanics at Micro- and Nanoscale Levels, Volume II, pp. 16-25, Effects of actin filaments on anisotropy and stiffness of aortic smooth muscle cells

微米和纳米级生物力学，第二卷，第 16-25 页，肌动蛋白丝对主动脉平滑肌细胞各向异性和硬度的影响

• 发表时间: 2006
• 作者: Nagayama K;Tamura A;Nagayama K;Nagayama K;Nagayama K;Nagayama K;Matsumoto T
• 通讯作者: Matsumoto T

Effects of Actin Filaments on the Viscoelastic Properties of Aortic Smooth Muscle Cells

肌动蛋白丝对主动脉平滑肌细胞粘弹性的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of 15th International Conference on Mechanics in Medicine and Biology (ICMMB-15)
• 作者: Nagayama K;Yanagihara S;Matsumoto T
• 通讯作者: Matsumoto T

A novel micro tensile tester with feed-back control for viscoelastic analysis of single isolated smooth muscle cell

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 Engineering ＆ Physics 29・5
• 作者: Nagayama K