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機能創成セミナー Seminar on Mechanical Science and Bioengineering

第155回
2019年07月12日
10:30-11:30
基礎工学国際棟セミナー室
Microfluidic applications for Assisted Reproductive Technology (ART)
Many biological studies, drug screening methods, and cellular therapies require preservation, culture, and manipulation of living cells outside their natural environment. The gap between the cellular microenvironment in vivo and in vitro and non-physiological preservation conditions such as low temperatures and cryoprotectant toxicity, however, pose challenges for obtaining physiologically relevant responses from cells used in basic biological studies or drug screenings and for achieving the maximum functional potential from cells used therapeutically. The micro- and nano- technologies and methods close the physiological gap to provide biological information otherwise unobtainable and enhance cellular performance in therapeutic applications. This talk will present multidisciplinary efforts directed towards the development of biomedical micro- and nano systems inspired by the human body and biophysics. Specifically, this talk will deal with i) A microfluidic system that improves in vitro fertilization (IVF) technology by recreating spatio-temporal patterns of chemical and fluid mechanical environments that cells may experience in the body, ii) Microfluidic systems for single cell analysis: embryo metabolism and controlled cryoprotectant loading profiles, iii) Microcapillary heat and mass transfer system for “ice-free” cryopreservation (or vitrification) of cells.
Yun Seok Heo (Associate Professor)
Biomedical Engineering, School of Medicine, Keimyung University, Korea
世話人:出口真次 / 参加者:未定
第154回
2019年07月01日
14:00-15:30
基礎工学国際棟セミナー室
Neurofluidsと脳内コモンスペース
脳脊髄液の動態の研究が、いわゆる脳脊髄液腔のみでなく、脳実質内も対象に含まれるようになったのは、Iliffらによるglymphatic systemという仮説の出現が大きな影響を及ぼしたと思われる。このGlymphatic system仮説に対してはすでに様々な反論が提出されており、ディテールに関しては疑問点も多いと思うが、脳実質内の間質液を、脳脊髄液を含む動態の一環として捉えた点では、画期的な仮説であると考える。2018年の国際磁気共鳴学会では、Glymphatic systemに関連したセッションのタイトルに「Neurofluids」と言う言葉が用いられた。この「Neurofluids」という言葉を最初に用いたのはイタリアの応用数学者のE.F. Toro教授(トレント大学)であり、中枢神経系の液体全体の動態を数理モデルでシミュレーションする一連の研究のプロジェクト名として用いられた。元来はプロジェクト名ではあるが、この「Neurofluids」は、Toro教授によれば中枢神経系を満たす液体を総称する言葉とのことであり、脳脊髄液と間質液の異同を越えて使い勝手がよい概念である様に思う。本講演ではGlymphatic system仮説の文脈の中で、髄液という言葉をこの「Neurofluids」の範囲で解釈して、脳脊髄液腔と脳実質内の液体の動態の可視化・画像化に関してまとめたい。
田岡俊昭 診療教授
名古屋大学医学部附属病院放射線科
世話人:和田成生 / 参加者:未定
第153回
2019年06月27日
10:40-11:30
C棟4階C419室
力覚応答におけるアクチン骨格再構築の分子機構とその細胞機能
私たちの体は様々な機械的な力を受けており、組織を構成する細胞はその力に適切に応答すること(力覚応答)で様々な生理的応答に寄与している。例えば、運動による筋肉や骨の発達、血管の恒常性の維持、組織形態形成、さらには、幹細胞の分化、癌細胞の悪性化にも力覚応答が重要な役割を担うことが明らかになってきた。細胞内アクチン骨格は、細胞の運動や形態を決定する最も基本的な細胞骨格であり、動的な構造であると共に細胞内で収縮力を発生させる主要な構造を形成する。アクチン骨格の再構築は、低分子量G蛋白質Rhoファミリー分子群が特定の構造を形成するスイッチとして働き、その活性化因子(Rho-Guanine nucleotide Exchange Factor;Rho-GEF)がRhoファミリー分子の働きを時空間的に制御していると考えられている。私たちは、血管内皮細胞に対して繰り返し伸展刺激を行うと細胞が伸展方向に対して垂直方向に配向する応答を力覚応答のモデルとして用い、この応答に関与するRho-GEFを探索しRhoAの活性化因子として働くSoloを同定することに成功した。Soloについてさらに解析を進め、Soloは、細胞への張力負荷に対して抵抗する収縮力を発生させるアクチン構造(Actin stress fiber)の形成に寄与することが明らかにした。また、Soloと細胞内で結合する蛋白質を探索し、単層上皮特異的な中間径フィラメントであるKeratin-8/18繊維とSoloが結合していることを見出した。さらに、Soloが、細胞内のKeratin-8/18繊維ネットワークの正常な形成に必要であることを明らかにした。Soloの上皮細胞集団に対する機能を解析した結果、細胞集団移動や3次元培養時の上皮管腔組織の形状に関与することを明らかにした。また、最近、出口研究室との共同研究により、細胞が基質と接着し収縮力を発生させる部位にSoloが集積することが明らかになってきた。本セミナーでは、上記の力覚応答に関与するRho-GEFの発見と機能解析について私たちのこれまでの研究を紹介する。
大橋一正 教授
東北大学大学院生命科学研究科分子化学生物学専攻
世話人:出口真次 / 参加者:未定
第152回
2019年05月14日
10:30-11:30
基礎工学国際棟セミナー室
固液界面とトライボロジー
トライボロジーとは摺動面における摩擦、摩耗の抑制と潤滑状態のコントロールを目的とした学問であり、近年の機器の省エネルギー化の流れにおいて、その役割はますます重要性を増している。摺動面の多くは潤滑油で湿潤された状態にあり、その摩擦係数には潤滑油中に含まれる添加剤が極めて大きな影響を及ぼす。中でも油性剤や極圧剤と呼ばれる添加剤は基板最表面に吸着(場合によっては反応)し、境界潤滑層と呼ばれるぬるぬるとした層を形成することにより摩擦係数を大幅に下げ得る。本発表では、近年の分析技術の発展によって解明された固液界面構造とトライボロジー特性の関係性を基軸に、トライボロジー分野の最新動向に関して概説する。
平山朋子
京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻
世話人:松井翼 / 参加者:未定
第151回
2019年05月07日
15:30-17:10
基礎工学研セミナー室
Cellular Active Fluids
Monolayers of cells in tissue and bacterial colonies growing on substrates are ample examples of materials that are continuously driven out of equilibrium by the activity of their constituent elements. One generic property of these active materials is the spontaneous emergence of collective flows which often leads to chaotic flow patterns characterised by swirls, jets, and topological defects in their orientation field. In this talk I will discuss recent works on cell monolayers and growing bacterial colonies, where we find interesting correlations between liquid crystal-like features of these active systems and their biological functionality.
Amin Doostmohammadi
Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford, UK
Mechanobiology of self-assembly and differentiation by stem cells under restricted adhesion condition
Stem cells, including embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) possess unlimited ability to expand under culture, and to differentiate into virtually all human cell types, making them invaluable biological resources with enormous application potential in medicine, basic studies and drug development. This talk will highlight our ongoing work aimed at understanding the mechanobiology of self-assembly and differentiation of stem cells in which we employ microfabrication techniques to modulate the stem cell culture microenvironment so as to unlock their differentiation and self-organization potentials. Specifically, we will introduce our original technique, namely, the micromesh technique, which enables us to modulate the balance between cell-cell and cell-substrate adhesions in order to influence tissue mechanics resulting from self-organization and differentiation of stem cells. We will demonstrate the potential of this approach to mechanically trigger trophoblast-like differentiation and primordial germ cell-like differentiation patterns in human iPSCs and murine ESCs, respectively.
Kennedy Omondi Okeyo
京都大学 ウイルス・再生医科学研究所
世話人:松永大樹 / 参加者:未定

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