Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

セルロース / 酵素反応 / 自己集合 / ハイドロゲル / 細胞培養 / 自己組織化 / ゲル

セルロースオリゴマーのアルカリ水溶液を酸で中和すると、セルロースオリゴマーの不溶化に伴い自己集合が誘起され、結晶性のナノリボン状集合体が物理架橋したハイドロゲルが得られることを明らかにした。この自己集合は様々な温度やイオン濃度の条件のみならず、血清を含む細胞培養液のような様々な夾雑物質の存在下でも進行した。得られたハイドロゲルは細胞を3次元培養するための良好なマトリックスとして機能し、生成した細胞集合体は自然濾過により容易に回収できた。本自己集合系は片末端に官能基をもつセルロースオリゴマー誘導体にも適用でき、また、水溶性高分子との複合ハイドロゲルの構築などにも利用できた。

水中における分子の自己集合は、生体内のいたるところで観察される普遍的な現象であり、精緻な生命活動を維持する上で必要不可欠である。これまでに、様々な生体分子の自己集合が研究されてきたが、セルロースなどの結晶性多糖の自己集合は十分には研究されてこなかった。本研究では、比較的分子量が小さなセルロースのアルカリ水溶液を酸で中和すると、それらの自己集合が誘起され、ナノリボン状の集合体からなるハイドロゲルが得られることを明らかにした。このハイドロゲルが細胞を生きたまま培養するための優れた材料であることを見出した。本成果は生体や環境にやさしい機能性材料を創成するための基礎的な知見になると考えられる。

ゲル / 温度敏感性ゲル / 体積相転移 / 細胞培養 / 細胞の応力応答

本年度に行った研究とその成果を以下にまとめた。
1) 温度敏感性ゲルの相転移を利用した、細胞への応力印加の実験。: これについては、ゼラチンを混入したNIPAゲルを用いて、試行実験を行った。結果は、膨潤相から収縮相への変化に関しては目立った効果は見られなかった。現在、細胞に有効に力を印可する方法を開発すると共に、収縮相から膨潤相への転移の効果も調べつつある。
2) 化学架橋ゼラチンゲル基盤の合成: 細胞接着性が良好で、しかも比較的自由に弾性的性質を調節出来る基盤として、ゼラチンとコハク化ゼラチンの混合物をカルボジイミドで架橋したゲルを開発した。ゼラチンとコハク化ゼラチンの混合比を変えることにより、弾性率が同じで、膨潤率が異なるゲルを得ることが出来た。
3) ゲルの弾性率測定: 電子天秤を利用してゲルに一定の加重を印可し、その変形から、ゲルの静的弾性率(ヤング率、合成率、および体積弾性率)を決定した。
4) ゲル基盤の弾性的性質と培養細胞の形状との関係
基盤(足場)と細胞との力学的相互作用が、細胞の機能、増殖能、形状などに与える影響を理解するためには、基盤の弾性的性質が細胞に与える効果を調べる必要がある。上記の方針で、弾性率を測定したゲルで、マウス3T3繊維芽細胞を培養してその形状を調べた結果、細胞形状は基盤の堅さに強く依存することが分かった。具体的には、基盤ゲルのヤング率が1x10^4[dyn/cm^2]以上の場合、7x10^3〜1x10^4[dyn/cm^2]、7x10^3[dyn/cm^2]以下の場合のそれぞれに応じて、細胞の外径および増殖のパターンに顕著な相違が見られた。より詳しい解析を実行中である。

【研究分担者】
澤田敏樹	東京工業大学	物質理工学院	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
岡嶋孝治	東京工業大学	生命理工学部	助手	(Kakenデータベース)