機械的負荷

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。

このページでは、機械的負荷について、機械的負荷とはどんなものなのか、また、機械的負荷に用いられる装置や機械的負荷を用いるメリット・活用されるサンプル例をご説明し、オレンジサイエンスが取り扱う機械的負荷装置をご紹介します。

機械的負荷とは

機械的負荷とは、力を加えたときにサンプルが示す抵抗の尺度のことです。この抵抗力が加えられた力と等しい場合、それがサンプルの弾性限界となります。

機械的負荷の種類には、圧縮、引張、せん断、ねじり、曲げなどがあります。

細胞生物学の分野では機械的負荷を応用した細胞培養や細胞の研究が幅広く用いられています。

体内にある細胞は何らかの負荷＝刺激を常に受けて活動しており、機械的負荷を与えながら細胞の培養を行うこと身体内に近い環境を再現できます。

そのため、iPS細胞の研究や医薬品開発の現場、歯学や整形外科に関連する研究など、細胞生物学分野の研究には機械的負荷を活用した細胞培養が多く取り入れられています。

機械的負荷に用いられる装置

機械的負荷を用いた細胞培養には、機械的負荷装置が用いられます。必要な負荷の種類や研究用途、細胞の種類によって様々な機械的負荷装置が使用されています。

例えば、細胞に圧縮の負荷を与えたい場合は、細胞圧縮刺激装置が使用されます。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、機械的負荷を与えられる多種多様な装置が用いられます。

各装置は機械的負荷の種類や手法によっていくつかの種類があり、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。

機械的負荷に用いられる装置例

機械的負荷を用いるメリット

細胞に機械的負荷を与えることで、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、機械的負荷を与えるサンプルと負荷を与えないサンプルを比較することで、細胞活動や細胞の移動変化、細胞増殖、エネルギー代謝、シグナルメディエーター、細胞間コミュニケーション、タンパク質の合成、分泌、分解の速度、薬理作用への反応、最終的な形態などの比較ができます。

機械的負荷が活用されるサンプル例

機械的負荷は身体内外のあらゆる細胞の研究に活用されています。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、身体内のあらゆる細胞や組織の研究、再生医療に関する研究に用いられています。

体外での機械的負荷

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。