Microenvironmental Regulation of Stem Cells via Forest and Marine Glyco-nanofibers

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天然多糖ナノ素材として注目を集める樹木由来セルロースナノファイバーとキチンナノファイバーの明確な固体界面構造とナノファイバー形状に着目し、細胞生育の足場としての微小環境制御に挑んだ。本年度は以下の重要な成果を得た。（1）TEMPO酸化セルロースナノファイバーとキトサンナノファイバーをEDS化学で縮合することで、3D印刷可能なバイオインクの開発に成功した。ヒト肝がん細胞HepG2をゲル内で培養したところ、14日間のスフェロイド培養と高いアルブミン産生能を示した。（2）TEMPO酸化セルロースナノファイバーをカルシウム架橋することで、弾性率の異なるヒドロゲルを設計し、骨髄由来ヒト間葉系幹細胞を培養したところ、硬さの違いで細胞形態や遺伝子発現挙動に違いがみられた。（3）表面硫酸化セルロースナノファイバー基材上で、ラット副腎髄質由来褐色細胞腫PC-12を培養したところ、顕著な神経突起の伸長が観察され、極低濃度の分化誘導因子の添加でも機能した。（4）表面リン酸化セルロースナノファイバー基材上で、骨芽細胞様細胞MC3T3-E1を培養したところ、リン酸基量依存的な細胞接着挙動を示し、分化誘導培地なしで初期的な骨形成の促進が見られた。（5）セルロースナノファイバーとキチンナノファイバーをピッカリングエマルションでマイクロ粒子化したところ、ヒトHepG2やマウスKupffer細胞KUP5において特徴的なパイロトーシスが誘導された。素材単独ではこの現象が見られないことから、多糖微粒子が免疫系に直接働きかける未知機構が示唆された。生体内の細胞外マトリックスのナノ形状と界面構造を模倣可能な林産・海産資源由来の多糖ナノファイバーを駆使することで、培養細胞に直接働きかける様々な現象を見出した。これらは、細胞の生体機能を制御できるバイオアダプティブ素材として極めて有用であり、今後さらなる研究展開を図る。