細胞メカノ活性化効果を最適化する非一様力学場培養技術の開発

本研究課題は、非一様力学場環境中を運動する細胞において顕現する、細胞の生存・増殖・運動性などの諸機能の増強現象に着目し、その系統的操作技術を開発し細胞操作工学の新たな基材設計分野を開拓することを目的とする。研究代表者はこれまでに、『非一様力学場上での細胞の非定住運動が細胞内部応力の非平衡度の増大とともに細胞をより健常化しその機能強化に寄与する(メカノ活性化効果)』ことを独自に見出している。本研究ではこの現象の系統的制御、原理解明、および主に間葉系幹細胞(MSC)の治療有効性増強を踏まえた実用展開の開拓に取り組む。2021年初年度までに、細胞メカノ活性化効果を最大化する非一様弾性場の系統的設計を検討し、従来設計の三角形の硬領域パターニングゲルよりも、パターンの四角形1辺が85μm、パターン間の幅が60μmの四角形硬領域パターニングゲルの場合に逆Durotaxisが増え、総合的に硬軟領域間の非定住運動が最大活発化することを見出した。2022年第二年次は細胞の運動性、接着形態の動的変動の各評価に基づき、この四角形パターニングゲル上でのMSCの活性応答の検証を進めた。特に、当該非定住運動に伴う細胞内部応力の非平衡度の定量評価指標に関して、MSCの活性化強度との対応づけを検討した。応力非平衡度の評価には、主として牽引力顕微解析を行いながら、さらに迅速簡便な指標として細胞形態のゆらぎの特徴量の抽出を進めた。

本研究課題は、非一様力学場環境中を運動する細胞において顕現する、細胞の生存・増殖・運動性などの諸機能の増強現象に着目し、その系統的操作技術を開発し細胞操作工学の新たな基材設計分野を開拓することを目的とする。研究代表者はこれまでに、『非一様力学場上での細胞の非定住運動が細胞内部応力の非平衡度の増大とともに細胞をより健常化しその機能強化に寄与する(メカノ活性化効果)』ことを独自に見出している。本研究ではこの現象の系統的制御、原理解明、および主に間葉系幹細胞(MSC)の治療有効性増強を踏まえた実用展開の開拓に取り組む。2021年初年度までに、細胞メカノ活性化効果を最大化する非一様弾性場の系統的設計を検討し、従来設計の三角形の硬領域パターニングゲルよりも、パターンの四角形1辺が85μm、パターン間の幅が60μmの四角形硬領域パターニングゲルの場合に逆Durotaxisが増え、総合的に硬軟領域間の非定住運動が最大活発化することを見出した。2022年第二年次は細胞の運動性、接着形態の動的変動の各評価に基づき、この四角形パターニングゲル上でのMSCの活性応答の検証を進めた。特に、当該非定住運動に伴う細胞内部応力の非平衡度の定量評価指標に関して、MSCの活性化強度との対応づけを検討した。応力非平衡度の評価には、主として牽引力顕微解析を行いながら、さらに迅速簡便な指標として細胞形態のゆらぎの特徴量の抽出を進めた。