伸展刺激
伸展刺激とは
伸展刺激とは、体内に近い環境で細胞を培養するために用いられる方法で、細胞や組織に対して物理的に引き伸ばす力（ストレッチ）を加える刺激のことです。主に力学刺激（mechanical stimulation）の一種として、細胞生物学・組織工学・再生医療・生理学研究で用いられます。体内にある細胞は何らかの刺激を常に受けて動いており、細胞を研究する際は体内環境と同じ環境を再現し、細胞の培養や観察を行う必要があります。
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。細胞伸展刺激装置を用いることで細胞に伸展刺激を与えながら培養することができます。
伸展刺激に用いられる装置
伸展刺激には、細胞伸展刺激装置が用いられます。伸展刺激を与える装置を使用し、細胞を伸展させながら培養します。1軸や2軸方向の伸展刺激を継続的に与える装置やシート状のサンプルの伸展刺激を得意とする装置、電子刺激を与えながら伸展刺激を行える装置や3Dの組織伸展刺激が可能な装置など、目的に応じて様々な装置が使い分けられます。また、伸展以外にも圧縮刺激や静水圧刺激を行う装置、負荷やフォース測定を同時に行える装置など、多種多様な装置が用いられます。
細胞用伸展刺激装置（Cell Stretch System）
最も一般的に使われるタイプです。
特徴
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弾性膜（シリコン・PDMS）上に細胞を培養
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膜を引き伸ばすことで細胞に伸展刺激を付与
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一軸 / 二軸、静的 / 周期的を精密制御可能
主な用途
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血管内皮細胞（血圧・拍動モデル）
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心筋細胞（拍動・収縮応答）
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線維芽細胞、上皮細胞の力学応答解析
制御パラメータ例
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伸展率（例：5–20%）
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周期（例：0.5–2 Hz）
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伸展波形（正弦波・矩形波）
組織・スライス用伸展刺激装置
より生体に近いモデルを扱う際に使用されます。
特徴
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組織片や組織スライスをクランプやフックで固定
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モーター制御で直接引張力を付与
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力（N）・変位（µm）を同時測定可能な機種も多い
主な用途
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心筋組織スライス
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筋肉・腱・靱帯
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皮膚・軟部組織
伸展刺激装置
STREX・CellScale・IonOptix
オレンジサイエンスでは伸展刺激に使用できる研究装置をアプリケーションに応じてご用意しております。１軸方向の伸展刺激、２軸方向の伸展刺激、３D組織伸展刺激、シート状マテリアルの伸展、伸展刺激＋電気刺激、伸展・圧縮刺激＋負荷測定など、多様な伸展刺激装置を研究用途に合わせてご使用できます。
STREX／ストレックス社
独自のシリコンチャンバーを伸展させることにより、チャンバー上の細胞に伸展刺激を与えることが可能な細胞伸展刺激装置です。顕微鏡搭載モデルは、倒立顕微鏡での伸展細胞の観察も可能です。
CellScale／セルスケール社
Mechano Cultureシリーズの機械的刺激培養装置はモデルにより、360度伸展、シリコンチャンバー伸展、マテリアル伸展、流体圧縮、機械的圧縮＋データ測定、マテリアル伸展＋データ測定が可能です。
IonOptix／イオンオプティクス社
C-Stretchシステムはシリコンチャンバーを採用した伸展培養装置です。C-Pace EMシステムと使用することにより、伸展刺激と同時に、電気刺激を与えることも可能です。
用途別
１軸方向の伸展刺激
２軸方向の伸展刺激
シート状マテリアルの伸展
圧縮・加圧刺激
伸展・圧縮刺激＋負荷測定
伸展刺激＋電気刺激
伸展刺激を行うことで得られるメリット
細胞に伸展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、伸展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。
伸展刺激のアプリケーション例
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、多種多様な用途で伸展刺激は用いられます。
基礎細胞生物学
メカノバイオロジー研究
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メカノトランスダクション機構の解析
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YAP/TAZ、FAK、MAPK、Ca²⁺シグナル経路の評価
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細胞骨格再構成（アクチン・ミオシン配列変化）
細胞機能制御
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細胞増殖制御
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分化誘導（幹細胞の系譜分化制御）
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アポトーシス・オートファジー応答解析
循環器・心血管研究
心筋研究
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心筋細胞成熟モデル（iPS由来心筋細胞）
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拍動模倣モデル
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収縮機能・電気生理応答評価
血管研究
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血管内皮細胞の伸展応答解析
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動脈硬化モデル
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血圧・拍動ストレスモデル
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一酸化窒素産生・炎症応答評価
呼吸器研究
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肺胞上皮細胞の呼吸模倣モデル
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人工呼吸器関連肺障害（VILI）モデル
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肺線維化モデル
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肺バリア機能評価
筋・運動器系研究
骨格筋
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筋肥大・筋萎縮モデル
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筋再生研究
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ミオファイバー配向制御
腱・靱帯
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組織強度形成メカニズム解析
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細胞外マトリックス産生誘導
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コラーゲン配列制御
神経・発生生物学
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神経突起伸長誘導
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神経回路形成モデル
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胚発生過程の力学環境再現
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器官形成（オルガノイドの力学制御）
創薬・毒性評価
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力学環境下での薬剤応答評価
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メカノセンシティブ薬剤スクリーニング
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心毒性・血管毒性評価
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呼吸器毒性モデル
再生医療・組織工学
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人工血管作製
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人工筋組織構築
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機能的組織成熟誘導
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組織配向制御
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in vitro 生体模倣モデル構築
がん研究
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腫瘍微小環境の力学モデル
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腫瘍細胞の浸潤・遊走評価
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細胞外マトリックス硬度と伸展刺激の相互作用解析
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転移能評価モデル
工学・材料科学
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バイオマテリアルの力学評価
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スキャフォールド伸展耐性評価
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ハイドロゲル変形応答解析
医療材料の耐久試験
伸展刺激を行う細胞やサンプル
伸展刺激はあらゆる細胞に応用でき、主に用いられる細胞としては、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使えます。
血管・循環器系
血管内皮細胞
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ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）
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動脈・静脈由来内皮細胞
目的：血圧・拍動ストレス応答、動脈硬化、炎症応答、NO産生評価
血管平滑筋細胞
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ヒト／動物由来平滑筋細胞
目的：血管リモデリング、収縮性・肥厚モデル
心筋・筋系
心筋細胞
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初代心筋細胞
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iPS由来心筋細胞
目的：拍動模倣、成熟誘導、収縮機能・電気生理評価、心毒性試験
骨格筋細胞
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筋芽細胞（C2C12 など）
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分化後筋管細胞
目的：筋肥大・筋萎縮、再生、運動負荷モデル
呼吸器系
肺胞上皮細胞
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Type I / Type II 肺胞上皮細胞
目的：呼吸運動模倣、肺線維化、人工呼吸器関連障害（VILI）モデル
気道上皮細胞
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気管・気管支上皮細胞
目的：気道リモデリング、炎症応答
結合組織・支持組織
線維芽細胞
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皮膚・心臓・肺由来線維芽細胞
目的：ECM産生、瘢痕形成、線維化研究
腱・靱帯細胞
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テノサイト、靱帯細胞
目的：コラーゲン配向、組織強度形成、スポーツ医学研究
上皮・皮膚
表皮細胞・角化細胞
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ケラチノサイト
目的：皮膚伸展応答、創傷治癒、再生研究
神経・発生関連
神経細胞・神経幹細胞
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神経前駆細胞、一次培養神経細胞
目的：神経突起伸長、回路形成、発生力学研究
胚・発生組織
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胚組織スライス
目的：形態形成、器官形成過程の力学解析
三次元培養・組織モデル
オルガノイド
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心臓、腸、肺、脳オルガノイド
目的：器官成熟、機能的三次元モデル構築
組織スライス
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心筋スライス、肺スライス、腫瘍スライス
目的：ex vivo 機能評価、薬剤応答解析
がん研究
がん細胞
乳がん、肺がん、膵がんなどの固形腫瘍細胞
目的：腫瘍微小環境の力学影響、浸潤・転移能評価
細胞伸展刺激システム - STREX
In-Vitro 培養細胞の機械的伸展刺激
専門的な伸展装置を用いての細胞伸展・物理状態のシミュレート
生きている細胞はダイナミックな物理学的な環境に存在し、様々な機械的な刺激により変化します。
例えば、心筋細胞、上皮細胞、平滑筋細胞それに骨細胞等の細胞は、常に伸展を行っています。
細胞は、機械的受容体と呼ばれる受容体とチャンネルを通して、その機械的環境を把握しており、接着、増殖、運動、形態または人工物の変化による刺激に反応します。しかしながら、自然下でこれらの刺激に取って代わる物が試験管内分析にはありませんが、STREX社製の細胞伸展装置は、特殊なPDMSストレッチチャンバーに細胞を接着させ、それを伸展させることにより、培養細胞に機械的に刺激を加える事ができます。STREXでは、生産性の高い長期間の伸展刺激モデルと、倒立顕微鏡にセットして使用できる生細胞イメージングモデルがあります。
自動伸展刺激装置
手動伸展刺激装置
一軸伸展刺激システム
二軸性伸展刺激装置
伸展刺激装置 - メカノカルチャー
セルスケール社のメカノカルチャーシリーズを使えば、伸展刺激を与えながらの細胞培養が可能です。
お使いのパソコンと接続し伸展刺激プロトコルを設定可能で、設定後はパソコンを切り離して、インキュベーターの中に入れてのご使用も可能です
ソフトウェアで、引張、ホールド、リカバーを秒数単位で設定でき、周期的、断続的な伸展刺激プロトコルを指定可能なため、各研究に応じてストレッチパターンを柔軟に設定できます。
各製品のボタンをクリックして製品詳細をご覧ください。
MCB1 - 360度（均等二軸）細胞伸展刺激装置
MCB1は3層の特殊な構造により、360度全方向均等にステージを伸展することが可能な細胞伸展装置です。
35㎜のステージの周囲には24本の針があり、そこにメンブレン、スキャフォールド、細胞組織などを固定することもでき、様々なタイプのサンプル・細胞に活用できます。また固定されたシリコンなどの薄い膜上に播種した細胞を伸展培養することもできます。
MCB1の特徴
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20%までの二軸ストレッチ
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シリコン膜、脱細胞組織、ハイドロゲル、エレクトロスピン材料など幅広い材料に対応
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PCに依存しない操作性
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ユーザーフレンドリーなソフトウェアで、引張、ホールド、リカバーを秒数単位で設定、周期的、断続的な刺激プロトコルを指定可能
MCT6 - シートマテリアル1軸細胞伸展刺激装置
MCT6は、最大幅10㎜、長さ5~55㎜のシート状のマテリアルをグリップで固定し、最大25㎜（装置許容範囲最大80㎜）まで伸展しながら培養することが可能です。
最大、250N、5Hzの刺激が可能で、プレートがセットされていないため、材料を選んでストレッチすることができ、シート状のマテリアルの他、ファイバー、ハイドロゲル、脱細胞などにも使用頂けます。
プレートの開発や足場・培養材料、スキャフォールドの開発などにも活用できます。
MCT6の特徴
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グリップ幅80mmまでの一軸ストレッチ
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シリコン膜、脱細胞組織、ハイドロゲル、エレクトロスピン材料など幅広い材料に対応
PCに依存しない操作性 -
ユーザーフレンドリーなソフトウェアで、引張、ホールド、リカバーを秒数単位で設定、周期的、断続的な刺激プロトコルを指定可能
MCTR - 流体圧縮刺激培養装置
MCTRは、9個のWellの上に敷かれた薄い膜の上から圧力を与え、Well内のサンプルに圧縮刺激を与えながら、培養ができる装置です。
プレート内に液体を入れ、シリコンシートをかぶせた状態で上から圧縮刺激を与え細胞を培養します。骨細胞や心筋細胞への応用例を豊富に有します。
流体圧縮は、培地を上部まで充填することで達成されます。トップチャンバーを加圧すると、柔軟性のある膜が下向きにたわみ、液体の表面に押し付けられます。
MCTRの特徴
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最大9つの培養ウェルに対応した流体圧縮刺激
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0.5Hzで500kPaまでの圧力制御負荷
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ユーザーフレンドリーなソフトウェアで、Preload, Stretch, Hold, Recover, Restの5フェーズを秒数単位で設定、周期的、断続的な圧縮プロトコルを指定可能
MCTX - 圧縮刺激培養＋Force測定
MCTXは、6個のWellにメカニカルな圧力を与えながら培養し、Well内のサンプルのForceを測定できる装置で、骨細胞の培養などに応用されます。
MCTXの特徴
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再利用可能なホルダーで6つの培養ウェルを圧縮刺激
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2Hzで最大2mmまでの変位制御負荷
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分解能1µmの全ウェルでの同時位置測定
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ユーザーフレンドリーなソフトウェアで、各フェーズを秒数単位で設定、周期的、断続的な圧縮プロトコルを指定可能
MCJ1 - 細胞伸展刺激＋張力強度測定
MCJ1は、6個のWellにサンプルを固定し伸展刺激を与えながら、それぞれのWellに設置されたアクチュエーターでシート状のサンプルや組織、足場材などの張力を測定できる装置です。
MCJ1の特徴
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6つの独立プログラムされたテストプロトコル
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オンボードデータストレージを備えた6つの力/変位データ出力
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ロードセルオプション 10N、20N、50N、100N
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25mmのアクチュエータートラベル、グリップ分離は55mmまで
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把持力調整可能なスプリング式試験片グリップ
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各ウェルの流体交換用ポート
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オートクレーブ可能なチャンバー
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流体冷却インキュベーター対応設計
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PCに依存しない操作性
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ユーザーフレンドリーなソフトウェアで、各フェーズを秒数単位で設定、周期的、断続的な圧縮プロトコルを指定可能
メカノカルチャー・シリーズ 使用論文一覧
※instrumentの欄をMechanoCulture xxでソートしてください。