2019 Fiscal Year Annual Research Report
Physiological function generated by biological flow
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19H02059
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
菊地 謙次 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00553801)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 拓司 東北大学, 工学研究科, 教授 (20313728)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生体流動計測 / 生体流体工学 / 生体医工学 / バイオメカニクス / バイオエンジニアリング / 線虫 / ゼブラフィッシュ / クラミドモナス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、顕微鏡を用いた生体計測手法を構築し、生体内流動および微小生物運動に関する研究課題を推進した。主要な研究実績は以下の通りである。１．線虫（C. elegans）口部内における捕食機能の解明のため、選択的染色法と高速度共焦点系速度場計測法を利用して、微生物選択捕食メカニズムの解明を行った。口部三次元フィルター構造を可視化し、ろ過された大腸菌について高分解能での分布計測を実現した。（Suzuki, et al.,Theoretical and Applied Mechanics Letter, 2019）２．微細藻クラミドモナスの負走地性における鞭毛の流体力学的寄与の解明を行った。無染色細胞形状計測を時系列解析し、流体中に分散した細胞運動計測を実現した。（Kage, et al., Journal of Experimental Biology, 2020）３．生体における流体駆動に重要な繊毛および鞭毛の構造と駆動メカニズムについて最先端研究の総論し、次世代への展望をまとめた。（Ishikawa, et al., Seminars in Cell and Developmental Biology, 2020）４．ゼブラフィッシュ稚魚の食後の腸蠕動による腸内輸送について、撹拌とポンプ機能について定量的に調査を行った。脊椎動物に共通した腸蠕動のライブイメージングを実現し、腸内における消化吸収に関する生理機能を定量解析を実現した。（Kikuchi,et al., American Journal of Physiology - Gastrointestinal and Liver Physiology, 2020）
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2019年度では、細胞スケールから組織スケールまでの生体流動計測法の開発に成功し、微細藻類、線虫、魚類における形状および流動計測を実現している。生物や生理学、医学に関連する著名国際ジャーナルに掲載され、分野を越えた流体工学の応用・活用を推進している。また生体流体工学また生体医工学、バイオメカニクスの新たな学術研究領域の開拓が進められており、当初の計画以上の研究進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、in vivo（生体内）三次元流体計測技術を、物質濃度も計測を可能としたマルチモーダル（多次元）計測へ革新し、微小領域における生体流動メカニクスを徹底的に追求する。2020年度では、病原菌の感染、腸内における消化作用、皮膚伸展時の経皮吸収および各課題の応用研究を研究対象とし、生体内における既存の物質輸送理論に新たな数理モデルを構築し、新たな生体内における物質輸送理論を構築する。具体的には、以下の課題に取り組む。１．皮膚伸展時の皮膚バリア機能の定量計測、２．消化器系リアルタイム運動および流動計測と生理的生存環境の計測、３．蠕動運動による流動に関する総論
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