2020 Fiscal Year Research-status Report
細胞の自律運動と協同的集団運動のアクティブマター物理学
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19K14673
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
多羅間 充輔 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (90756834)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 細胞運動 / アクティブマター / メカノセンシング / 自己組織化 / 協同現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞は単一でも様々な運動性を持ち、また多数の細胞が集まるとさらに複雑なダイナミクスを示す。しかし、そのメカニズムは細胞そのものの複雑さゆえに未解明な点が多い。そのような単一の細胞や細胞集団が自己組織化するダイナミクスを、アクティブマター物理学の視点から理解することを目指した研究を行っている。その実現のために、メソスケールの細胞を中心として、ミクロ～メソ～マクロスケールという異なる階層にわたるマルチなスケールのモデルの開発に取り組んでいる。令和２年度は以下のような成果を得た。
研究項目１. メカノセンシング：外界の力学的な状況に応じて内部状態を制御することで運動性を変化・適応させる細胞のメカノセンシングを理解するために、細胞の力生成を担う力学モデルを発展させて、周囲の状態に応じて内部状態のパタンがどのように変化するかを数値的に解析した。また、実際の実験で観測されているパタンとの比較を行い、パタン形成メカニズムの理論的な理解を進めた。
研究項目２. 協同運動：細胞集団が協同的に運動するときに特徴的なパタンを示すことがいくつかの実験で示されている。そのようなパタンの一つである穴空き構造を作りながら運動する細胞集団が実験的に見つかっている。エージェントベースの細胞の力学モデルを元にした数値シミュレーションによって、実験結果を再現することに成功し、さらにそのような構造がどのようにして実現するのかを調べた。
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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
令和２年度は、研究項目１、２ともに数値シミュレーションのまとまった結果が得られ、また実験結果との比較を進めることができた。すでにいくつかの結果については学術雑誌への投稿に向けて論文執筆を進めている。このことから、本研究は順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進の方策としてそれぞれ以下を想定している。
研究項目１：細胞のメカノセンシングの実験結果との定量的な比較のために、数値シミュレーション結果の解析を進める。また、物理モデルの理論的な理解を促進するためにグローバルなパラメタ空間での振る舞いを調べる。さらに、新たに関連する実験結果が出てきているので、その実験へのモデルの適用と実験結果の理論的理解を行う。
研究項目２. 細胞集団が協同的に運動するときに示すパタン形成のメカニズムには、細胞の状態に関するパラメタに応じて複数のシナリオがあることがこれまでの研究結果から示唆されている。今後はそれぞれのシナリオを定量的に評価して、理論的な理解を推進する。
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| Causes of Carryover |
昨年度末からの新型コロナウイルスの世界的感染拡大のために、参加を予定していた研究集会が延期あるいはオンライン開催になり、参加のための旅行が全て無くなり、また、旅行制限のため議論のための出張も無くなった。さらに、社会の急速なデジタル化の需要によって計算機関連の物品も入手困難になるなど、さまざまなところに影響が出た。そのために、今年度の助成金は計画通りに使用することが困難であった。次年度は徐々に制限が緩和され、研究集会や議論のための出張ができるようになり、また計算機関連の物品の品薄も緩和されるであろうという期待する。今年度の助成金の残額分は次年度へ繰越し、次年度に計画している研究の遂行に必要な出張費用や計算機関連物品の購入費用に充てる。
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