原子間力顕微鏡による再生医療培養組織の力学特性解析

使用原子力显微镜分析再生医学培养组织的机械特性

• 批准号: 16J02087
• 负责人: 田中 良昌
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J02087/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; レオロジー; 組織; 細胞

本研究の目的は、これまでに構築してきた、組織の広範囲にわたる弾性率測定を可能にした原子間力顕微鏡法(AFM)を改良して、高速レオロジー測定を可能にすることで組織の正確な診断を実現し、移植用培養組織モデルの力学特性と分子生物学的な手法による機能との相関関係を調べることができる計測手法を確立することである。本年度は、組織の主な構成要素である細胞を用いて、レオロジー測定により取得できる複数のレオロジー変数を用いた組織診断の可能性を評価した。異なる状態の多数の単一細胞の弾性率とレオロジー変数を測定し、両者の識別精度を比較した。その結果、弾性率を用いた識別よりも複数のレオロジー変数を用いた識別の方が識別精度は有意に高かった。さらに、この時のレオロジー測定速度はこれまでに構築した広範囲弾性率測定の約1.5倍であった。以上より、これまでよりも高速かつ高い識別精度で診断が可能な超広範囲AFMの開発に成功した。さらに、これまでに構築したAFMの技術を元にして、細胞表面のダイナミクスを反映する値である相互作用長の空間分布を調べることが可能なイオンコンダクタンス顕微鏡も構築した。これを用いて、正常上皮細胞とがん遺伝子が発現した細胞が混在した単層上皮シートにおいて、両者が隣接している細胞と、同種の細胞の中に位置する細胞では相互作用長が異なっていることが明らかになった。この結果から、本手法により、組織の中に異なる状態の細胞があることを検出できる可能性が示唆された。以上のように、当初予定していた移植組織モデルの評価までは到達できなかったが、当初の予想を超える新手法による再生医療培養組織の力学特性解析法が確立した。これにより、移植組織モデルの力学測定と分子生物学的手法による機能解析の相関関係から移植組織モデルの高精度な評価が可能になると期待できる。

The purpose of this study is to establish a method for measuring the mechanical properties of cultured tissues for transplantation by improving the atomic force microscopy (AFM) and establishing a method for measuring the mechanical properties of cultured tissues. This year, the main components of the tissue were evaluated for the possibility of diagnosis. The identification accuracy of a cell in a different state is compared with that of a cell in a different state. The result, the rate, the number, and the accuracy of the identification are intentionally high. The measurement speed of the time frame is about 1.5 times higher than that of the time frame. The above results show that the diagnosis is possible at high speed and high recognition accuracy, and the AFM is successfully developed. In addition, the AFM technology can be used to adjust the spatial distribution of the interaction length on the cell surface. The normal epithelial cells are present in the cells mixed in the epithelium, adjacent to each other, and in the cells of the same species, which interact with each other for a long time. The results of this method are shown in the probability that cells in different states will be detected. A new method for analyzing the mechanical properties of regenerative medical culture tissue was established. The correlation between mechanical measurement and molecular biological analysis of transplanted tissue and the possibility of high-precision evaluation of transplanted tissue

项目成果

多重周波数原子間力顕微鏡法による単一細胞のレオロジー診断技術

多频原子力显微镜单细胞流变诊断技术

• 发表时间: 2018
• 作者: 田中 良昌;繁富 (栗林) 香織;スバギョ アグス;末岡 和久,岡嶋 孝治
• 通讯作者: 末岡 和久,岡嶋 孝治

原子間力顕微鏡による細胞機能と力学特性の単一細胞相関解析法

使用原子力显微镜对细胞功能和机械性能进行单细胞相关分析

• 发表时间: 2016
• 作者: 田中 良昌;繁富 (栗林) 香織;スバギョ アグス;末岡 和久,岡嶋 孝治;田中 良昌
• 通讯作者: 田中 良昌