内皮細胞（Endothelial Cells）は血管系において重要な役割を果たしており、細胞間結合（Intercellular Junctions, IJs）を通じて止血、血管拡張、免疫および炎症反応を調節しています。しかし、過度の機械的負荷は内皮細胞の損傷や内皮バリア機能障害を引き起こす可能性があります。細胞間結合の動的破壊メカニズムを理解することは、腫瘍破壊、血管リモデリング、薬物送達などの実用的な応用を探る上で重要な意義を持ちます。超音波キャビテーション（Ultrasound Cavitation）は、気泡の振動と破裂によって局所的な高エネルギーを生成し、軟組織に損傷を与える新興技術として注目されています。しかし、超音波キャビテーションが内皮細胞ネットワークに与える損傷メカニズムは未解...

近年、細胞自食（オートファジー）は、重要な細胞内分解およびリサイクルメカニズムとして、細胞恒常性の維持や様々なストレス条件への対応において重要な役割を果たしています。特に腎臓の近位尿細管上皮細胞では、虚血、毒性損傷、炎症などの一般的な腎臓損傷に対処するために自食活動が不可欠です。しかし、自食が細胞ストレス適応において果たす役割は広く研究されているものの、高浸透圧ストレス（ハイパーオスモティックストレス）がどのように自食を誘導するかについての分子メカニズムはまだ明らかになっていません。高浸透圧ストレスは機械的ストレスとして、細胞内外の浸透圧差を変化させることで細胞機能に影響を与えますが、具体的にどのように自食経路を調節するかは未解決の謎です。 転写因子EB（TFEB）は、自食-リソソーム経路の...

病理条件下では、組織の力学的特性の変化は、がんを含む多くの疾患の顕著な特徴の一つです。腫瘍血管系は腫瘍の成長において重要な役割を果たしますが、その構造と機能はしばしば異常を示し、血管の乱れ、屈曲、漏出などが観察されます。研究によると、細胞外マトリックス（Extracellular Matrix, ECM）の硬さは内皮細胞の行動を調節する上で重要な役割を果たしています。腫瘍組織は通常、正常組織よりも硬く、この硬さの増加はマトリックスの沈着や架橋の増加に一部起因しています。これまでの研究では、マトリックスの硬さを低下させることで、腫瘍血管系の病理的特徴（例えば、血管新生の減少や血管透過性の低下）を改善できることが示されています。したがって、マトリックスの硬さが内皮細胞のエピジェネティックな変化、...

学術背景 血管平滑筋細胞（Vascular Smooth Muscle Cells, VSMCs）は、正常な大動脈壁において血管の収縮と拡張を調節しています。しかし、病理的条件下では、VSMCsは収縮表現型から合成表現型に変化し、大動脈壁のリモデリングに積極的に関与します。多くのin vitro研究がVSMCsの分化メカニズムを報告していますが、in vitro培養条件とin vivo大動脈壁の機械的環境は大きく異なります。in vivoでは、VSMCsは細長い形状を示し、血管壁の周方向に整列した組織を形成しますが、in vitro培養では、VSMCsはランダムに拡散し、不規則な形状を形成し、脱分化しやすいです。したがって、VSMCsの分化メカニズムを解明するためには、in vivo大動脈壁...

大腸癌（Colorectal Cancer, CRC）は、米国におけるがん関連死の主要な原因の一つであり、肝臓への転移はよく見られる現象です。腫瘍転移の前に、転移前ニッチ（Pre-Metastatic Niche, PMN）の形成が重要なプロセスとなります。PMNは、肝臓に存在する線維芽細胞様星状細胞やクッパー細胞などのマクロファージといった重要な細胞の活性化を含みます。腫瘍はこれらの細胞を変化させ、追加の成長因子を分泌し、細胞外マトリックス（Extracellular Matrix, ECM）を再構築することで、二次的な環境での腫瘍の定着と転移を促進します。これらのダイナミクスのメカニズムをより深く理解するために、研究者たちはPMN形成の時空間的ダイナミクスを特徴づける多細胞計算モデルを開...

学術的背景 間葉系幹細胞/間質細胞（Mesenchymal Stem/Stromal Cells, MSCs）は、多分化能を持つ幹細胞であり、再生医学や細胞治療に広く利用されています。しかし、MSCsは体外培養中に徐々に老化（senescence）し、増殖および分化能力が低下するため、臨床応用における大きな障害となっています。老化細胞は不可逆的な非分裂細胞であり、その機能が著しく低下し、細胞集団全体の治療効果に影響を及ぼします。近年、senolytic薬剤（例えばDasatinib）を使用することで、老化細胞を選択的に除去し、健康なMSCsの機能を維持・強化できることが発見されました。DasatinibはFDA承認のチロシンキナーゼ阻害剤であり、主に慢性骨髄性白血病の治療に使用されていますが...

学術的背景 Conwayのライフゲーム（Game of Life, GoL）は、1970年に提唱されて以来、複雑なシステムの挙動を研究するための古典的なモデルとして知られています。セルオートマトン（Cellular Automata, CA）モデルの一種として、GoLは単純なルールを通じて2次元グリッド上の細胞の生死をシミュレートし、単純なルールから生じる複雑な振る舞いを明らかにしてきました。GoLは細胞の成長や繁殖のシミュレーションにおいて顕著な成果を上げていますが、種の進化や腫瘍内部のサブクローンのシミュレーションへの応用はほとんど試みられていません。特に腫瘍研究において、体細胞進化（somatic evolution）は重要なプロセスであり、腫瘍細胞が個体の寿命の中で突然変異と自然選択...

学術的背景 瘢痕形成は、外傷、火傷、その他の合併症後の一般的な問題であり、世界中の数百万人の生活の質に深刻な影響を与えています。線維芽細胞（fibroblasts）は病理的な瘢痕形成において中心的な役割を果たすため、治癒を促進し瘢痕を軽減するための新たな治療法の開発目標となっています。近年の研究では、脂肪細胞系列細胞（adipocyte lineage cells）も創傷治癒プロセスにおいて重要な役割を果たすことが示されています。臨床報告によると、自家脂肪マイクログラフト（autologous adipose micrografts）を手術部位に配置することで、既存の瘢痕の外観と柔軟性が改善されることが確認されています。しかし、脂肪移植片中の細胞タイプと創傷治癒におけるその具体的な作用機序は...

膣創傷治癒は、特に膣分娩や骨盤再建手術後の婦人科手術において重要な課題です。膣創傷の感染や治癒不良は、慢性疼痛、感染、機能障害などの重篤な合併症を引き起こす可能性があります。そのため、膣創傷治癒を加速する方法は、臨床研究の焦点となっています。近年、間葉系幹細胞（MSCs）およびその外泌体（exosomes）が創傷治癒において果たす役割に注目が集まっています。外泌体は細胞が分泌するナノサイズの小胞で、生物情報分子を伝達し、細胞の増殖、移動、血管新生を促進します。特に低酸素条件下で処理された外泌体は、その強い生物活性から、創傷治癒において潜在的な治療価値があると考えられています。 本研究では、低酸素条件下で処理された脂肪由来幹細胞（ADSCs）の外泌体（Hypoxic ADSC Exosomes...

学術的背景 化学交換飽和転移（Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST）磁気共鳴画像（MRI）は、生体組織の詳細な分子情報を提供する先進的な非侵襲的イメージング技術です。CEST MRIは、特定の代謝物の交換可能なプロトンを選択的に飽和させ、その飽和を水分子に転移させることで、低濃度のタンパク質や代謝物の検出と定量を可能にします。CEST MRIは、神経変性疾患やがんなどの診断において大きな可能性を示していますが、データ収集時間の長さ、画像処理の複雑さ、解釈の難しさなどの技術的課題により、研究環境から臨床応用への移行が制限されています。 近年、人工知能（Artificial Intelligence, AI）は、医療画像分野での応用が広がり、特に...