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

通过森林和海洋糖纳米纤维调节干细胞的微环境

基本信息

批准号：
21K19150
负责人：
北岡卓也
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19150/
关键词：
ナノセルロースキチン・キトサン TEMPO酸化硫酸化・リン酸化細胞培養基材マイクロ粒子細胞応答制御細胞・組織工学構造多糖界面修飾多孔質フォーム細胞生育環境細胞組織工学ナノキチン界面物性幹細胞ニッチ

项目摘要

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。

Natural polysaccharides are used as raw materials and materials for tree growth. They are used to control the growth of cells in micro-environments. The following significant achievements were made during the year. (1) TEMPO acidification is successful in the development of EDS chemical condensation and 3D printing possibilities. HepG2 cells were cultured in vitro for 14 days, and the production of HepG2 cells was demonstrated. (2) TEMPO acidification is the most important factor in the development of mesenchymal stem cells. (3) Surface sulfation of cells on the substrate, secondary kidney tissue derived from brown cell tumor PC-12 culture, detection of elongation of neural processes, and addition of differentiation inducing factors at very low concentrations. (4) Surface acidification of the cells on the substrate, bone bud cells MC3T3-E1 culture, acid content dependent cell movement, differentiation induction and early bone formation promotion were observed. (5) The characteristics of HepG2 and Kupffer cell KUP5 are induced by the induction of the virus. The phenomenon of polysaccharide particles in the immune system is unknown. The extracellular structure and interface structure in vivo mimic that of polysaccharides derived from forest and marine resources. The biological function of the cell is controlled. The material is very useful. The research will be carried out in the future.