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

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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。