原子間力顕微鏡による発生胚レオロジーの定量3D解析技術の開発
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23K17872
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
岡嶋 孝治 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (70280998)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 発生胚 |
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| Outline of Research at the Start |
受精卵の胚発生は、遺伝子・生化学的因子に加えて、細胞の力学特性（メカニクス）が密接に関係していると考えられている。しかし、発生胚は極めて柔らかく、外部刺激に対して脆いため、発生胚メカニクスのタイムラプス計測は困難であった。最近、申請者は、原子間力顕微鏡（AFM）を用いて発生胚の弾性を計測することに成功し、２次元（2D）の胚細胞メカニクスが明らかになってきた。一方で、発生胚の3D挙動は不明であり、その粘弾性（レオロジー）計測技術は未開である。本研究では、発生胚レオロジーの3Dナノ計測技術を開発する。そして、原腸陥入近傍の発生胚レオロジーの3D計測に挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
受精卵の胚発生は、遺伝子・生化学的因子に加えて、細胞の力学特性（メカニクス）が密接に関係していると考えられている。しかし、発生胚は極めて柔らかく、外部刺激に対して脆いため、発生胚メカニクスのタイムラプス計測に研究は少ない。最近、原子間力顕微鏡（AFM）を用いて、極めて柔らかい発生胚のメカニクスのタイムラプス計測が可能になりつつあるが、発生胚の深さ方向の力学計測技術は未開である。細胞メカニクスの主要因子である細胞骨格構造は、発生胚の表層（皮層）と内部において集積・脱離が制御されている。したがって、発生胚メカニクスの機序解明には、発生胚の深さ方向を含む３次元（3D）のレオロジー計測技術が不可欠である。本研究では、AFMの力学応答曲線のする新手法を提案し、発生胚レオロジーの定量3D計測システムの開発を目的としている。令和5年度は、3D解析を高速化するソフトウェア技術を開発した。スパースな画像を再構成することが可能な圧縮センシング法を用いて、細胞メカニクス像を再構成できることを明らかにした。また、発生胚細胞の間期において、ドット状の硬化構造が出現することを発見した。そして、この構造が、細胞分裂現象を制御している可能性があることが示唆された。さらに、 ボルツマンの重畳原理に基づく解析法と粘弾性接触理論を組み合わせた解析法を検討し、初期卵割期の各々の細胞のレオロジーを追跡することに成功した。正弦波力場の周波数（速度）と振幅（押込み量）を変動制御する新規AFM法の開発を進めた。
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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
AFMの力学応答曲線のする新手法を提案し、発生胚レオロジーの定量3D計測システムの開発を目的としている。3D解析を高速化する技術として、圧縮センシングを用いた画像処理的に高速化する方法を提案した。また、発生胚細胞の間期において、細胞内にドット状の細胞硬化現象が発見した。このドット形成の空間分布が、細胞分裂方向と密接に関係していることを明らかにした。さらに、 正弦波力場の周波数（速度）と振幅（押込み量）を変動制御する新規AFM法について検討した。ボルツマンの重畳原理に基づく解析法と粘弾性接触理論を組み合わせた解析法を検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
正弦波力場の周波数（速度）と振幅（押込み量）を変動制御する新規AFM法を開発する。また、ボルツマンの重畳原理に基づく解析法と粘弾性接触理論を組み合わせた解析法を確立する。そして、発生胚の3Dレオロジー構造を明らかにする。
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Report
(1 results)
Research Products
(17 results)
