機械的刺激

オレンジサイエンスは、ライフサイエンスの中でも細胞生物学分野に関する研究機器に特化して販売およびサポートをしている会社です。

機械的刺激関連機器では、CellScale社、STREX社、IonOptix社の伸展刺激・圧縮刺激装置を取り扱っています。

このページでは、機械的刺激について、オレンジサイエンスが取り扱う機械的刺激装置を例に、機械的刺激とはどんな刺激なのか、機械的刺激の応用例や用いられる細胞例、サンプル例、メリットなどをご説明します。

機械的刺激とは

機械的刺激とは、細胞などが体内で常に受け続ける刺激のことです。具体的には、伸び縮み方向の伸展刺激や収縮刺激、圧縮刺激やせん断応力などが機械的刺激に当てはまります。

体内にある細胞は何らかの刺激を常に受けて動いています。ですので、細胞を研究する際は機械的刺激を与え続け、体内環境と同じ環境を再現しながら細胞の培養や観察を行うことで、身体内に近い環境で研究ができるという大きなメリットがあります。

医薬品開発やiPS細胞の研究、歯学や整形外科の研究など、ヘルスケア分野の研究には機械的刺激を用いた細胞培養が欠かせない技術となっています。

機械的刺激を用いた細胞培養には、各種の刺激装置が用いられます。研究用途や用いる細胞の種類によって、伸展刺激装置や圧縮刺激装置、せん断応力培養装置などが使用されます。

各装置は機械的刺激の種類や手法によっていくつかの種類があります。例えば、伸展刺激には細胞伸展刺激装置が用いられ、シリコンやPDMSなどの伸縮素材の上で細胞を培養し、伸び縮みの刺激を与えながら細胞を培養します。細胞伸展の中でも1軸伸展刺激に特化したものや、360度の刺激を与えられる装置もあります。

また、圧縮刺激には、細胞圧縮刺激装置が用いられます。細胞圧縮刺激装置を使用し、細胞に圧縮の力をかけながら培養します。負荷やフォース測定を同時に行える装置など、機械的刺激を用いた実験には多種多様な装置が用いられます。

機械的刺激のアプリケーション例

機械的刺激は身体中のあらゆる細胞に応用できるため、多くのアプリケーション例が考えられます。歯学や整形外科関連の研究、細胞への短時間・長時間刺激による研究・観察、各細胞への刺激実験、細胞内のシグナル伝達研究、細胞形態の研究、リアルタイムでの細胞観察、タンパク質発現の研究、遺伝子発現、イオンチャンネル、再生医療に関わる細胞の研究など、多種多様な用途で機械的刺激は用いられています。

機械的刺激が用いられる細胞例やサンプル

機械的刺激は身体中のあらゆる細胞に応用でき、主に用いられる細胞としては、筋肉、肺、心臓、血管、皮膚、腱、靭帯、軟骨、骨の細胞や、心筋細胞、ips細胞、平滑筋細胞、骨格筋細胞、血管前駆細胞、血管内皮細胞、幹細胞、脂肪、上皮細胞、線維芽細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、などの各種細胞の研究や、再生医療に関する研究に応用されます。

機械的刺激のメリット

細胞に機械的刺激を与えることで、細胞が成熟する効果や遺伝子・タンパク質発現が見られる、伸展刺激を与えている際の細胞の様子を観察できる、などのメリットがあります。
また、機械的刺激を与えるサンプルと刺激を与えないサンプルを比較することで、細胞活動や最終的な形態の比較ができます。

体外での機械的刺激・伸展刺激

日常的な運動や自然のプロセスでは、体内の細胞や組織に物理的な力（伸展、圧縮、せん断応力など）がかかります。細胞はこのような機械的刺激を感知し、機械的伝達と呼ばれる様々な生化学的経路を介して反応します。メカノトランスダクションに関与するさまざまなシグナル伝達物質、タンパク質、遺伝子などを理解することは、新しい治療法や薬剤を開発するための鍵となります。メカノバイオロジーの分野では、これらの物理的要因が、分子、細胞、組織レベルでの機械的伝達プロセスにどのように影響するかを研究しています。