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接触追従と走化性から理解するアメーバ界の形づくり

Publicly Offered Research

Project AreaDiscovery of the logic that establishes the 3D structure of organisms
Project/Area Number 16H01442
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

澤井 哲  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (20500367)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
Fiscal Year 2017: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2016: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Keywords形態形成 / 細胞運動 / コンピューターシミュレーション / 数理モデル / ライブセルイメージング / 細胞・組織 / 発生・分化 / 計算機シミュレーション / 集団運動 / 生物物理 / 細胞性粘菌
Outline of Annual Research Achievements

細胞集団における3次元形態の新生においては、細胞間接触によって誘導される細胞の一方向的な運動、さらにそこから出現する集団的な回転運動が知られているが、走化性などの他の要因とあわせて接触依存性がどのような変形や運動をもたらしているのか、回転がいかにして利用され、3次元形態につながるのか多くが未解明である。本研究では、多細胞による3次元的組織形成の溯源的な例として、細胞性粘菌の集合塊(マウンド)上端の頂端(tip)構造の形態形成に注目した。頂端は予定柄細胞が集まり、その周りを予定胞子細胞が支えるように配置される。この仕組を理解するため、マイクロ流体デバイスによって走化性誘引物質の濃度勾配を制御し、細胞間接触と走化性によって誘起される運動の連動を解析した。具体的には、初年度得られた知見をもとに、細胞間接着分子TgrB1とTgrC1がいかに運動方向の制御しているか、精製タンパク質をもちいた解析をおこなった。マイクロ流体デバイスを用い、定常的なcAMP勾配を形成し、移動体期の細胞を解離し、予定柄細胞、予定胞子細胞を細胞型特異的マーカー遺伝子で識別しながら、走化性遊走を想定した。その結果、予定柄細胞、予定胞子細胞は、ともに単独ではcAMPへの走化性を示した。また、精製TgrC1をコートしたビーズへ接着すると、接着依存的に細胞前端が誘導され、極性形成を示した。一方で、これらのシグナルを直交する軸で同時に与えた場合、予定胞子細胞はTgrB1/C1依存的な極性形成を優先するのに対し、予定柄細胞はcAMPへの走化性を優先する性質があることが示された。

Research Progress Status

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (66 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (56 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 18 results) Book (5 results)

  • [Journal Article] Tissue self-organization based on collective cell migration by contact activation of locomotion and chemotaxis2019

    • Author(s)
      Fujimori Taihei、Nakajima Akihiko、Shimada Nao、Sawai Satoshi
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences USA

      Volume: 116 Issue: 10 Pages: 4291-4296

    • DOI

      10.1073/pnas.1815063116

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  • [Journal Article] Fold-change detection and scale-invariance of cell-cell signaling in social amoeba2017

    • Author(s)
      Kamino, K, Kondo, Y., Nakajima, A., Honda-Kitahara M., Kaneko, K., Sawai S.
    • Journal Title

      Proc. Nat. Acad. Sci. USA

      Volume: 114 Issue: 21

    • DOI

      10.1073/pnas.1702181114

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Microfluidic lighthouse: an omnidirectional gradient generator2016

    • Author(s)
      Akihiko Nakajima, Motohiko Ishida, Taihei Fujimori, Yuichi Wakamoto, Satoshi Sawai
    • Journal Title

      Lab on Chip

      Volume: 16(22) Issue: 22 Pages: 4382-4394

    • DOI

      10.1039/c6lc00898d

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    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A novel, lineage-primed prestalk cell subtype involved in the morphogenesis of D. discoideum2016

    • Author(s)
      S. Kuwana, H. Senoo, S. Sawai and M. Fukuzawa
    • Journal Title

      Dev. Biol.

      Volume: 416(2) Issue: 2 Pages: 286-299

    • DOI

      10.1016/j.ydbio.2016.06.032

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  • [Journal Article] Self-organization of chemoattractant waves in Dictyostelium depends on F-actin and cell-substrate adhesion2016

    • Author(s)
      Fukujin, F., Nakajima, A., Shimada, N., & Sawai, S.
    • Journal Title

      J. R. Soc. Interface

      Volume: 13 Issue: 119 Pages: 20160233-20160233

    • DOI

      10.1098/rsif.2016.0233

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  • [Presentation] A machine learning and dynamical modeling approach to morphology landscape of migrating cells2019

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      1st International symposium on Interdisciplinary Approaches to Integrative Understanding of Biological Signaling Networks
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  • [Presentation] Search strategy in fast-migrating cells: direction sensing, memory, and polarity2019

    • Author(s)
      中島昭彦
    • Organizer
      Reinforcement Learning & Biological Intelligence: Learning from biology
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  • [Presentation] 強い基質接着条件で現れる細胞性粘菌の扇形移動形態の解析2019

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      本田玄
    • Organizer
      定量生物の会第9回年会
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  • [Presentation] 深層学習による細胞運動の形状解析2019

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      井元大輔、斉藤稔、澤井 哲
    • Organizer
      2019年電子情報通信学会総合大会
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  • [Presentation] 動く細胞の情報処理特性の理解に向けて2018

    • Author(s)
      澤井 哲
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      自然科学研究機構新分野創成センターシンポジウム「分野横断・分野融合研究による生命創成を探究する新しい科学の創成」
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  • [Presentation] フェイズフィールドから読み解く細胞変形ダイナミクス2018

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会・新学術領域ゆらぎと構造の協奏共催シンポジウム
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  • [Presentation] 細胞性粘菌の集団運動を表現するフェーズフィールドモデルの構築に向けて2018

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      井元大輔、斉藤稔、澤井哲
    • Organizer
      軽井沢グラフと解析研究集会
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  • [Presentation] フェーズフィールド法シミュレーションによる細胞のはいまわり運動2018

    • Author(s)
      井元大輔、斉藤稔、澤井哲
    • Organizer
      第7回日本生物物理学会関東支部会
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  • [Presentation] 基質表面の三次元形状によって方向づけられるアクチン波の伝播と細胞移動の生細胞画像解析2018

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      本田玄、中島昭彦、澤井哲
    • Organizer
      第7回日本生物物理学会関東支部会
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  • [Presentation] 細胞性粘菌アメーバのcAMP勾配反転に対する細胞極性の制御2018

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      入江陽一
    • Organizer
      第7回日本生物物理学会関東支部会
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  • [Presentation] 接触誘導型の追従運動と走化性の2つの集団運動による自己組織化2018

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      第41回日本分子生物学会年会ワークショップ「生物における自発的秩序形成」
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    • Invited
  • [Presentation] 反応拡散とフェイズフィールドから理解する細胞変形と集団ダイナミクス2018

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会シンポジウム 「いきた形の新規生成に挑む、理論モルフォダイナミクス " Theoretical morphodynamics - towards understanding emerging shapes of life"」
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  • [Presentation] 細胞性粘菌にみるアメーバ界の多細胞性2018

    • Author(s)
      澤井 哲
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      東京大学大学院農学生命科学研究科 微生物潜在機能探索(発酵研究所)寄付講座 最終報告会および記念講演会「関わりあう微生物」
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    • Invited
  • [Presentation] やわらかさと複雑さから考える生物普遍性2018

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      日本哲学会第77回大会 学協会シンポジウム「生命とは何か?」
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    • Invited
  • [Presentation] Contact activation of locomotion and chemotaxis dictate cell segregation in Dictyostelium2018

    • Author(s)
      Taihei Fujimori, Akihiko Nakajima, Nao Shimada, Satoshi Sawai
    • Organizer
      ASCB|EMBO 2018 meeting
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Contact activation of locomotion and chemotaxis dictate cell segregation and pattern formation in Dictyostelium2018

    • Author(s)
      Taihei Fujimori, Akihiko Nakajima, Nao Shimada, Satoshi Sawai
    • Organizer
      Advanced in physics of Emergent orders in Fluctuations (APEF2018)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Tissue self-organization based on collective cell migration in Dictyostelium development2018

    • Author(s)
      Taihei Fujimori
    • Organizer
      LMU-UT Joint Workshop on Statistical and Biological Physics
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] How do prestalk and prespore cells segregate?2018

    • Author(s)
      Taihei Fujimori, Akihiko Nakajima, Nao Shimada, Satoshi Sawai
    • Organizer
      Annual International Dictyostelium Conference 2018
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Differential polarity - an efficient and rapid mechanism of cell sorting2018

    • Author(s)
      Taihei Fujimori
    • Organizer
      Universal Biology Institute-MBI Joint Symposium
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  • [Presentation] Cell-size dependent polarity dynamics revealed by high-throughput imaging and machine learning analysis2018

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      中島昭彦、石田元彦、藤森大平、澤井 哲
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      第56回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] Phase-field modeling of complex cell deformation and multi-celllular motion2018

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      Daisuke Imoto, Nen Saito, Satoshi Sawai
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  • [Presentation] Exploring the basic law that determines the shape of fast moving cells2018

    • Author(s)
      本田玄
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] Contact activation of locomotion and chemotaxis dictate cell segregation in Dictyostelium2018

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      藤森大平
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      第一回ExCELLSシンポジウム
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  • [Presentation] 回転と伸張を駆動する接触追従と走化性の構成ロジック-細胞性粘菌の頂端形成2018

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      藤森大平
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      新学術領域「生物の3D形態を構築するロジック」2018年度班会議
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      井元大輔、斉藤稔、澤井 哲
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      島田奈央、藤城美奈、澤井 哲
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      日本細胞性粘菌学会第8回例会山口大会
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      中島昭彦、水沼周子、藤森大平、石田元彦、澤井哲
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      日本細胞性粘菌学会第8回例会山口大会
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      本田玄、澤井 哲
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    • Author(s)
      藤森大平、中島昭彦、澤井 哲
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      第70回細胞生物学会・第51回発生生物学会 合同年会
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      中島昭彦、石田元彦、松本朱加、澤井 哲
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  • [Presentation] 細胞性粘菌にみる微生物の集団性:振動、波、走化性2017

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      澤井 哲
    • Organizer
      第4回ERATO学術セミナー
    • Place of Presentation
      筑波大学総合研究棟(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2017-02-06
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    • Invited
  • [Presentation] マイクロ流路を用いた細胞性粘菌の集団的細胞運動の定量解析(ポスター)2017

    • Author(s)
      藤森大平
    • Organizer
      定量生物の会第8回年会
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • Year and Date
      2017-01-08
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  • [Presentation] Spatio-temporal constraints on cellular sensing: what it means for universal biology2017

    • Author(s)
      Satoshi Sawai
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      International Symposium of the origin of life ? synergy among the RNA: protein and lipid worlds
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Phase-field Simulations of Multi-cellular Rotational Motion(ポスター賞受賞)2017

    • Author(s)
      Daisuke Imoto, Nen Saito, Satoshi Sawai
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Imaging analysis of actin waves and cell polarity on microstructured surfaces2017

    • Author(s)
      Gen Honda, Akihiko Nakajima, Satoshi Sawai
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞性粘菌の細胞ダイナミクス:振動、波、走化性2017

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      明治大学先端数理科学インスティチュート(MIMS)現象数理学拠点共同集会「時空間ダイナミクス~生命現象における時間変化を伴う空間秩序~」
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    • Invited
  • [Presentation] 反応拡散とフェイズフィールドから読み解く細胞の変形ダイナミクス2017

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      第11回物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
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    • Invited
  • [Presentation] 走化性細胞遊走の時空間情報処理特性2017

    • Author(s)
      中島昭彦
    • Organizer
      2017年度応用数理学会 数理医学サブシンポジウム
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  • [Presentation] 細胞性粘菌における集団的細胞運動の一細胞レベル動態解析2017

    • Author(s)
      藤森大平
    • Organizer
      第69回日本細胞生物学会大会
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  • [Presentation] フェーズフィールド法によるシミュレーションを用いた多細胞の集団的な回転運動の解析2017

    • Author(s)
      井元大輔、斉藤稔、澤井哲
    • Organizer
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  • [Presentation] 細胞性粘菌における接触追従運動のマイクロ流路を用いた動態解析2017

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      藤森大平
    • Organizer
      新学術領域「生物の3D形態を構築するロジック」2017年度班会議
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  • [Presentation] Chemotactic analysis of neutrophil-like HL60 cells based on cells persistent polarity and immediate responsiveness to chemoattractant2017

    • Author(s)
      石田元彦
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
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      本田玄、中島昭彦、澤井哲
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      第55回日本生物物理学会年会
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      入江陽一
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      井元大輔、斉藤稔、澤井哲
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      藤森大平
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      第7回日本細胞性粘菌学会例会
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      入江陽一
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  • [Presentation] 細胞性粘菌における集団的回転運動の解析2016

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      藤森大平 中島昭彦 横田亮 中林亮 本田玄 小林徹也 澤井哲
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      日本生物物理学会 第54回年会シンポジウム
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      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-26
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      澤井 哲
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      日本生物物理学会 第54回年会シンポジウム
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      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
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  • [Presentation] 追従運動はSCAR複合体の恒常的活性化を伴う2016

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      藤森大平 澤井哲
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      日本細胞性粘菌学会第6回例会
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      上智大学四谷キャンパス(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2016-10-15
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  • [Presentation] Microfluidic analysis of collective cell migration in Dictyostelium2016

    • Author(s)
      澤井 哲
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      RIMS共同研究 研究集会 ミクロな振る舞いと集団的パターン形成に係る階層的構造の解明
    • Place of Presentation
      京都大学数理解析研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-09-12
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    • Invited
  • [Presentation] 動く細胞が読み取る時間と空間2016

    • Author(s)
      中島昭彦 澤井哲
    • Organizer
      新学術領域研究「生物の3D形態を構築するロジック」班 夏合宿
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県淡路市)
    • Year and Date
      2016-09-04
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  • [Presentation] Microfluidic analysis of collective cell migration during contact-following in Dictyostelium2016

    • Author(s)
      Satoshi Sawai
    • Organizer
      STATPhys26
    • Place of Presentation
      Centre de Congres de Lyon(Lyon, France)
    • Year and Date
      2016-07-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 細胞の巧みさと非平衡系のパターン形成2016

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      第2回関東非線形非平衡バイオソフトマターセミナー
    • Place of Presentation
      明治大学駿河台キャンパス(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2016-07-02
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Microfluidic analysis of persistence and reorientation of cell migration during contact-following in Dictyostelium2016

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Organizer
      第68回日本細胞生物学会年会ミニシンポジウム
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-06-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 偽2次元的な環境における集団的細胞運動の定量解析2016

    • Author(s)
      藤森大平 澤井哲
    • Organizer
      新学術領域研究「生物の3D形態を構築するロジック」班 第2回領域班会議
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-05-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Book] スケール不変な細胞間シグナリング(生物物理誌Vol. 58(6))2018

    • Author(s)
      神野圭太 、近藤洋平、澤井哲
    • Total Pages
      3
    • Publisher
      一般社団法人日本生物物理学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Book] 這いまわる細胞の走化性に関する定量生物学(定量生物学 -生命現象を定量的に理解するために-(小林徹也 編)第6章)2018

    • Author(s)
      澤井 哲、中島昭彦
    • Total Pages
      15
    • Publisher
      株式会社化学同人
    • ISBN
      9784759817300
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Book] 実験医学35(5)増刊号「時空間的なシグナルの検出とは何か ―這いまわる細胞の走化性を例に」2017

    • Author(s)
      澤井 哲
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      羊土社
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Book] 生物物理56(2)「動く細胞が読み取る時間と空間:走化性のパラドクスと整流作用」(カバーイラスト)2016

    • Author(s)
      中島昭彦, 石原秀至, 澤井 哲
    • Total Pages
      4
    • Publisher
      日本生物物理学会
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Book] Chemotaxis: Methods and Protocols 2nd Ed. (Dale Hereld, Tian Jin編) Methods in Molecular Biology 1407, "Dissecting Spatial and Temporal Sensing in Dictyostelium Chemotaxis Using a Wave Gradient Generator" DOI: 10.1007/978-1-4939-3480-5_82016

    • Author(s)
      Nakajima, A., Sawai, S.
    • Total Pages
      16
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-26   Modified: 2021-12-27  

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