Response of collective cell migration and nonequilibrium dynamics of topological defects

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K23422
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Nishiguchi Daiki 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20850556)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• Keywords: アクティブマター / 集団運動 / 細胞集団 / バクテリア乱流 / アクティブ乱流 / トポロジカル欠陥 / 非平衡物理学 / 生物物理学

Outline of Final Research Achievements

In order to extend the applicability of the frameworks of active matter physics to a wider range of systems, in this project we have investigated the behavior of active systems when their collective motion is coupled with other degrees of freedom. Specifically, we analyzed the response of collective cell migration and the emergent order in active turbulence of a dense bacterial suspension under boundary conditions. As a result, we succeeded in experimentally extracting novel boundary conditions for the collective dynamics and in constructing a framework for theoretically predicting the emergent order in active turbulence from a topological point of view.

Free Research Field

非平衡統計物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞のように自ら動き回る要素の集団を記述するアクティブマターという枠組みは、生命科学上も重要な多細胞生命現象の理解への応用が期待されている。本研究によりアクティブマターの概念で予測できる現象の範囲が拡張されたため、多細胞生物の発生や生理現象を理解するという究極の目標に一歩近づいた。また、微生物集団の運動の予測ができるようになったことで、それを利用した新奇な微小流体デバイスの開発やバイオリアクターの設計指針につながると期待できる。