機械工学の視点で解き明かせ！　細胞が力を感知する仕組み

細胞が力を感知する仕組みとは

無重力の宇宙空間に長期間滞在した宇宙飛行士は、骨密度が低下してしまうことが知られています。これは骨が作り変わる代謝活動に力の刺激が必要であるためです。そこで、骨の細胞が力を感知する仕組みを、機械工学の観点から解き明かす研究が行われています。

微小な生体材料を引っ張る

細胞全体の仕組みを理解するためには、まずその「部品」について知る必要があります。そこで着目されているのが、細胞表面にあって力を感知するセンサの働きをしている「焦点接着斑」という分子複合体の物理的性質です。
機械工学では、鉄やアルミなどの金属材料に引っ張る力を加えて、かたさなどの物理的な性質を調べます。細胞や分子にも同じ「引張（ひっぱり）」試験が可能です。細胞は10～100マイクロメートル程度の大きさなので、測定に使うのは原子間力顕微鏡という特殊な装置です。シャーレに細胞を接着させて、細胞表面にある焦点接着斑に原子間力顕微鏡の針の先端（数ナノメートル）をくっつけて引っ張ります。分子にかかる非常に小さな力は、顕微鏡内で光学的に拡大することで検出されます。そうして加えた力と分子の変形の関係から、焦点接着斑のかたさがわかるのです。

細胞の構造・機能解明や医学的な応用も

研究から、焦点接着斑のかたさは周りに働く力学的な条件により、数秒間隔で変化していることがわかりました。細胞が生存していくためには、環境の変化を敏感に察知して対応していくことが必要ですが、そうした細胞の素早い活動調整などに、焦点接着斑が重要な役割を担っている可能性があります。
焦点接着斑のような分子複合体や細胞小器官などの部品の性質、部品同士の関わりを明らかにすることで、細胞という「機械」の構造・機能が解明されようとしています。また、現段階で治療が難しい骨の病気には、医学や生物学の知識ではよくわからないものもあるため、骨の細胞への工学的なアプローチは新しい治療法にもつながるものとして期待されています。

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先生情報 / 大学情報

長崎大学工学部構造工学コース助教仲尾信彦先生

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材料力学、機械工学、バイオメカニクス

メッセージ

将来どのような職業に就くとしても、私は国語が最も大事な教科だと思っています。方程式が解けたり速度の計算ができたりしても、それらがどのような意味を持っているのか日本語で説明できないと、本当に理解したとは言えないのではないでしょうか。小手先の知識に振り回されず、自分が今やっていることについて、言葉を用いて考えたり人に伝えたりできるようになりましょう。複雑な問題にぶつかっても、言葉で表すと考えが整理されるので、うまく対処できるようになるはずです。

長崎大学に関心を持ったあなたは

長崎大学は、出島を介した『勉学の地』としての誇りと『進取の精神』を受け継ぐとともに、宗教や科学における非人道的な負の遺産にも学び、人々が『平和』に共存する世界を実現するという積極的な意志の下に教育・研究を行います。そして、蓄積された『知』を時代や価値観を越えて継承し、人類を愛する豊かな心を育て、未来を拓く新しい科学を創造することによって、地域と国際社会の平和的発展に貢献します。