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Designer Matrix for Understanding and Controlling Life Phenomena


研究代表者 Research Leader 

鳴瀧 彩絵 (東京医科歯科大学 生体材料工学研究所, 教授)

Ayae Sugawara-Narutaki (Professor, Institute of Biomaterials and Bioengineering,

 Tokyo Medical and Dental University)


研究分担者 Research Member 

秋元 文 (お茶の水女子大学 共創工学部 人間環境工学科, 准教授) 

Aya M. Akimoto (Associate Professor, Department of Human-Centered Engineering, 

Faculty of Transdisciplinary Engineering, Ochanomizu University


研究分担者 Research Member 

秋吉 一成 (京都大学大学院 医学研究科, 教授) 

Kazunari Akiyoshi (Professor, Graduate School of Medicine, Kyoto University)

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研究分担者 Research Member 

佐々木 善浩 (京都大学大学院 工学研究科, 教授) 

Yoshihiro Sasaki (Associate Professor, Graduate School of Engineering, Kyoto University)


ECM はマルチモーダルな情報伝達を担っており,その役割について物理的因子 (粘弾性等) と化学的因子 (シグナル分子等) を分離しての本質的理解は困難であった.本研究では,モダリティの分離が可能となるよう設計された人工ECM タンパク質や合成高分子のハイドロゲルを用いてECMの本質に切り込む.特に,細胞とECMの力学的カップリングにより生じる非線形な粘弾性変化 (Strain Stiffening やStrain Softening) が,分子-細胞-組織レベルに与える現象を階層的・統合的に理解する.さらに,A01,A03 班で明らかにされる細胞外情報分子や機能因子を,分子シャペロン機能を有する多糖ナノゲルに組み込んでハイドロゲルとともに構造化し,粘弾性と生理活性が三次元的に制御されたデザイナーマトリックスを開発する.これらデザイナーマトリックスを領域内のオルガノイド形成や器官形成モデルに適用し,ECM の各モダリティの生命現象への寄与を明らかにする.さらに,研究を通して明らかになる学理に基づきECMインスパイアードバイオマテリアルを創製する.

ECM is responsible for multimodal information transmission, and it has been difficult to intrinsically understand its role by separating physical (e.g. viscoelasticity) and chemical (e.g. signaling molecules) factors. In this study, we explore the essence of the ECM using artificial ECM proteins and synthetic polymer hydrogels designed to enable the separation of modalities. In particular, the phenomena of nonlinear viscoelastisity (Strain Stiffening and Strain Softening) caused by the mechanical coupling between cells and ECM at the molecular-cell-tissue level will be understood in a hierarchical and integrated manner. Furthermore, extracellular information molecules and functional factors identified in Groups A01 and A03 will be incorporated into polysaccharide nanogels with molecular chaperone functions and structured with hydrogels to develop designer matrices with three-dimensional control of viscoelasticity and physiological activity. These designer matrices will be applied to models of organoid formation and organogenesis, and the contribution of each ECM modality to life phenomena will be clarified. Furthermore, ECM-inspired biomaterials will be created based on the scientific principles revealed through the research.

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