Control of automaticity and cell differentiation via mechanical communication between cultivated cardiac tissues

通过培养心脏组织之间的机械通讯控制自动化和细胞分化

• 批准号: 22K19914
• 负责人: 中野 健
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19914/
• 关键词: 心筋細胞; スフェロイド; 拍動; 接触; 電気的通信; 力学的通信; 自動能制御; 分化促進; iPS細胞; 拍動エネルギー

心筋細胞の拍動の同期は、細胞間の「電気的通信」により生じることが知られている。しかし、申請者の過去の研究成果によると、細胞間および組織間の「力学的通信」もまた重要であることが予想される。そこで、本研究では、培養心筋組織間の力学的接触状態を厳密に規定可能なバイオリアクタを開発し、「心筋組織間の力学的通信が拍動状態の重要な決定因子である」という仮説を直接的に立証するとともに、心筋組織間の同期拍動を誘起する力学的接触条件を把握する。同条件を参考に定めた力学的接触条件下で心筋組織を培養し、培養した心筋組織の自動能に及ぼす力学的通信の影響を探索的に調査して、細胞エネルギー代謝の高効率化ならびに細胞分化の促進を目指す技術応用展開への指針を得る。本年度は力学的接触変化に伴う電気的通信と力学的通信の関係性を把握するために、以下の二つの実験を遂行した。まず、ヒトiPS細胞由来心筋スフェロイドの拍動力および細胞外電位変化を同時計測可能な装置を作製し、単一スフェロイドの変形状態をパラメータとして、活動電位と拍動力の関係および活動電位の立ち上がりと拍動力発生までの遅延時間を評価するなど、スフェロイドが有する電気―機械的拍動特性に関する基礎データを取得した。次に、Ca2+蛍光プローブであるFluo 4-AMによって心筋スフェロイドの細胞内Ca2+動態を可視化し、二つのスフェロイド間接触を変化させることで生じるイオン動態変化と同期拍動の関係を検討した。その結果、単一スフェロイドにおいては、平板圧縮による変形が増加するに伴い、活動電位の立ち上がり時間や、拍動力発生までの遅延時間が短くなる傾向を示した。また、二つの心筋スフェロイドの力学的接触量が増加すると、スフェロイド間のCa2+濃度変化における周期、位相および振幅が近づく傾向を示すなど、力学的接触状態の変化に伴う心筋組織間の電気－機械的特性の基礎的知見を得た。

The sync of the cardiac muscle cells' <s:1> beating <e:1> and the intercellular <s:1> "electrical communication" によ generation じる <s:1> とが knowledge られて る る る. し か し, applicants の の past research results に よ る と, intercellular お よ び organizations の "mechanics of communication" も ま た important で あ る こ と が to think さ れ る. そ こ で, this study で は, cultivating heart muscle tissue の mechanics of contact state between を 厳 dense に rules may な バ イ オ リ ア ク タ を open 発 し, が の mechanics of communication between "heart muscle tissue flap state の な important decision factor で あ る" と い う 仮 said を direct に testification す る と と も に, heart muscle tissue flap over the same period の を induced す る を grasp す mechanical contact conditions Youdaoplaceholder0. With を reference に terms め た で heart muscle tissue under the condition of contact mechanics を cultivation し, し た heart muscle tissue can automatically の に and ぼ す mechanics of communication の affect を に exploration survey し て, cell エ ネ ル ギ ー metabolic の high rate of unseen な ら び に の promote cell differentiation を refers technology 応 use す へ の pointer を る. は mechanical contact this year - the に tracing う electric 気 と mechanics of communication communication の masato is sexual を grasp す る た め に, the following の つ の be 験 を carries out し た. ま ず, ヒ ト iPS cell origin of heart muscle ス フ ェ ロ イ ド の racquet power お よ び cells announced a - turn を し and possibly を な device for measuring system, a ス 単 フ ェ ロ イ ド の - shape state を パ ラ メ ー タ と し て, activities, potential と racquet power の masato is お よ び activities on potential の made ち が り と racquet power 発 raw ま で の 遅 delay between を review 価 す る な ど, ス フ ェ Youdaoplaceholder0 and ドが have する electric-mechanical pulsation characteristics に related to する basis デ and タを タを to obtain た. に, Ca2 + 蛍 light プ ロ ー ブ で あ る Fluo - 4 AM に よ っ て heart muscle ス フ ェ ロ イ ド の intracellular Ca2 + dynamic を visualization し, two つ の ス フ ェ ロ イ ド contact between を variations change さ せ る こ と で raw じ る イ オ ン dynamic variations と flap over the same の masato is を beg し 検 た. そ の result, 単 ス フ ェ ロ イ ド に お い て は, plate 圧 shrinkage に よ る - shaped が raised plus す る に い, activities on potential の made ち が り time や, racquet power 発 ま で の 遅 short delay between が く な る tendency を shown し た. ま た, two つ の heart muscle ス フ ェ ロ イ ド の amount of contact mechanics が raised plus す る と, ス フ ェ ロ イ ド の between Ca2 + concentration variations change に お け る cycle, phase お よ び amplitude が nearly づ く tendency を shown す な ど, mechanical contact state の variations between に with う heart muscle tissues の の basis according to the features of electric 気 - mechanical knowledge を た.

项目成果

拍動に伴う電気的刺激が心筋分化に及ぼす影響の評価

与搏动相关的电刺激对心肌分化的影响评估

• 发表时间: 2023
• 作者: 仲山 玲;杉本 幸治郎;森田 有亮;山本 浩司
• 通讯作者: 山本 浩司

ヒトiPS細胞由来心筋スフェロイドの組織間接触に伴う拍動変化の評価

评估与人 iPS 细胞来源的心脏球体的组织间接触相关的脉动变化

• 发表时间: 2023
• 作者: 川村 梨奈;杉本 幸治郎;森田 有亮;山本 浩司
• 通讯作者: 山本 浩司