SAMURAI - NIMS Researchers Database

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外部併任先

研究内容

Keywords

医用生体工学・生体材料学 分析化学 細胞生物学

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

論文
書籍
会議録

所属学会

日本分析化学会, 日本バイオマテリアル学会, 日本化学会, 日本MRS学会, 日本高分子学会

高分子・バイオ材料研究センター
タイトル

細胞培養用の動的足場材料の開発

キーワード

バイオマテリアル,光反応,液々界面,メカノバイオロジー,幹細胞工学

概要

通常の実験室の細胞培養では、プラスチック製の培養皿の表面に吸着したタンパク質分子を介して細胞が接着する。それに対して実際の生体内では、細胞と基質タンパク質との相互作用は時間・空間とともにダイナミックに変動している。本研究では、生体内のそのような「動的な」環境を模倣できる足場材料の開発を行っている。1つ目の光応答基板では、光照射によって基板上での細胞接着を制御できるため、細胞を並べたり、それらを動かしたりすることができる。2つ目の液々界面培養系では、液体のしなやかな性質により、細胞自身が発する「力」による吸着タンパク質のリモデリングが促進され、幹細胞の分化挙動に大きな影響を与える。

新規性・独創性

光応答基板のコンセプトはさまざまな材料表面に適用可能である。
光の遠隔操作性を利用することで、薬剤スクリーニングや細胞移動の基礎研究に有用である。
液々界面は汎用されるプラスチック培養皿とは全く異なる新しい培養足場となる可能性を秘める。
パーフルオロカーボンを下層液体に用いて、高価な液性因子を用いずに間葉系幹細胞を神経分化させることに成功した。

内容

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光応答基板のコンセプトを利用して、細胞移動の解析・研究に用いられる創傷治癒アッセイを「光」で実施することに成功した。本技術は硬い固体材料(ガラス・金)から生体組織に匹敵する軟らかさのハイドロゲルなどさまざまな材料の上で適用可能である。例えば癌の悪性化に関わる上皮間葉転換現象を模倣したアッセイを行うことで、上皮間葉転換した細胞を選択的に殺傷する薬剤候補(ナナオマイシン)を見出した。また、光の遠隔操作性を利用することで、重力の方向によって細胞の集団移動挙動が変化することを明らかにした。

水と二相分離するパーフルオロカーボンの界面を足場材料に用いた。界面には、上層の水溶液(培地)に含まれるタンパク質が吸着し、ナノメーター厚みのタンパク質の薄膜が形成されており、細胞はこのタンパク質ナノ薄膜に対して接着していることが分かった。パーフルオロカーボンの種類に加え、培地に添加するタンパク質を最適化することで細胞の接着形状を制御でき、例えば間葉系幹細胞を培養した場合には、高価な分化誘導因子を添加しなくても神経細胞に分化誘導させることに成功した。

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まとめ

光応答基板については、ハイドロゲル修飾されたマルチウェルプレートなどの開発に取り組みたい。
液体足場の適用範囲を広げる上でも、細胞が必要とする液体の化学・力学的特徴を明らかにする必要がある。
液体が本質的に持つ可変形性を活かしたマイクロ流路やエマルション培養など新たな細胞培養モダリティの創出をめざしたい。

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