培養領域の形状最適化に基づく細胞遊走能の制御法の確立
| Project/Area Number |
22K14202
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宮廻 裕樹 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 講師 (40881206)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 細胞遊走 / 細胞配向 / エネルギー最適化 / 周期構造 / 形状最適化 / アクティブ流体 |
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| Outline of Research at the Start |
微細構造上の細胞集団の遊走現象は様々な生体現象と密接に関わっており細胞機能の解明などへの応用が期待されているが，遊走運動を制御する微細構造の設計論が確立されていない問題がある．本研究は，微細構造における細胞遊走を予測する数値計算手法を確立し，微細構造の形状を設計することで所望の細胞遊走の制御を可能にすることを目的とする．さらに，細胞培養実験を行い細胞遊走のタイムラプス解析を行うことで，提案手法の妥当性を検証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，周期的な微細構造パターン上を遊走する紡錘形細胞集団の遊走現象を系統的に計算する手法を確立し，微細構造の最適化による細胞遊走の制御を実験的に実現することである．本年度は，所望の細胞配向構造を大規模かつ再現性良く実現するために，微細周期構造の単位構造の形状を最適化するための理論の構築と細胞培養による実験検証を行った． そのために，2次元細胞シートを菱形の単位形状に分割し，さらに菱形内を円弧によって分割することによって，特定の細胞配向パターンを大規模に誘導するアプローチを考案した．さらに，円弧によって分割された菱形パターン内の細胞配向はトポロジカル欠陥とよばれる細胞配向が定義できない特異点によって制御されることに着目し，単位形状の円弧の曲率などの幾何学的パラメータを変えたときの細胞配向の変化を数値的に検証した．その結果，円弧の曲率や菱形の角度によって，単位形状内に生じる欠陥の種類や配向構造が大きく変わることが確認され，単位構造の形状をパラメトリックに最適化することができた．
数値的に最適化された単位形状の妥当性を検証するため，マウス筋芽細胞（C2C12）による培養実験を行った．最適化した形状を持つPDMS構造体上に細胞を培養し，細胞の配向場を観察した結果，数値計算と同様な傾向を持つことが確認された．以上のことから，最適設計された単位形状を2次元的にタイリングすることによって，周期性を持つ細胞配向場を再現性良く実現し，細胞遊走を制御できることを示唆する結果が得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，微細周期構造の境界を最適化する設計理論を構築し，培養実験による理論の妥当性の検証ができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度設計した周期構造を用いて，実際に細胞遊走の制御が効率的に行えることを検証する．具体的には，周期構造上の細胞遊走をタイムラプス観察によって計測し，形状による遊走性の違いを評価する．
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
