2019 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of the mechanical relationship between the brain development and synchronized neuronal migration
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17K13015
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
武石 直樹 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (30787669)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 神経前駆細胞 / 細胞移動 / 細胞膜 / 連続体力学 / 数値流体解析 / 有限要素解析 / 計算バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，脳発生の段階で見られる神経前駆細胞の協調的な移動を成立させる力学的条件と脳形成のダイナミクスの関係を解明し，細胞と組織間の階層を繋ぐ力学的概念を構築する．この目的に向け，実験データに基づく計算力学モデルを構築し，数値シミュレーションから神経前駆細胞の移動に起因した脳の成長に関わる組織スケールの力学因子を抽出する．そのため，外部の力場と細胞内生化学反応に着目して細胞移動を数理モデル化し，最終的に細胞膜の力学と生化学反応を連成した大規模な力学解析を行う．これまでの進捗として，ナノスケールのアクチン重合反応をボトムアップ的に膜の伸展力として組み込んだ新たな細胞移動モデルを構築し，細胞外環境としての接着タンパクの分布を考慮した細胞膜の伸展シミュレーションを行うことに成功した．このモデルは，生化学反応としてのアクチン重合と細胞膜の変形を連成した数値シミュレーションであり，接着力と重合反応だけで平面上に伸展していくための力学的条件を調べることができる．単一細胞のみならず，多体干渉問題にまで拡張することに成功し，脳の発生における組織応力場の変化を細胞スケールから構築するプラットフォームの外形を完成させた．今後は，構築したモデルを用いて，細胞の多体干渉において，細胞膜の変形能や移動パターンの変化が空間の応力場にどれほど寄与するのかについて解析を進めていく予定である．本モデルは，変形能を有する粒子の相互作用を定量化することができるため，神経前駆細胞のみならず，がん細胞や白血球が血管内皮細胞を越えて組織中に侵入する力学背景の解明にむけた研究にも展開していきたいと考えている．
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