2018 Fiscal Year Annual Research Report
Application of computational origami to cell origami
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17H06287
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
上原 隆平 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00256471)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀山 貴史 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60314530)
繁富 香織 北海道大学, 高等教育推進機構, 特任准教授 (90431816)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 細胞折り紙 / 計算折り紙 / 展開図 / 多面体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は「細胞折り紙」という新しい研究分野の推進を目的としている．細胞折り紙とは，薄いマイクロサイズのプレートを配置し，その上に細胞をばらまき，育成することで，細胞の引きよせる力によってプレートを立体化させるというものである．例えば幹細胞では，細胞の形状から機能が決まったり機能分化が起こることが知られている．つまり細胞の形状を人間が制御できれば，細胞の分化を制御し狙った臓器を組織可能になると考えられる．一方，細胞を狙った形状に立体化するには，コストや技術の面で困難な点が多い．そこで平坦な面の上に適切にプレートを配置し，それを細胞に折らせることで，細胞が自発的に立体化することを目指すのが細胞折り紙である．
本研究では，意図した形状のミクロサイズの立体を，細胞を用いて効率良く折るための技法を確立することを目標としている．そのためには，立体をうまく展開して展開図を作り，そこから折り紙の要領で，目指す立体を形成するように細胞をうまく誘導・制御する必要がある．そこで本研究では「細胞にとって折りやすい展開図」の定式化と評価を行う．例えば立方体には11種類の展開図が存在することが知られているが，その中のどの展開図が細胞にとって折りやすいかという問題は未解決である．
この研究では理論面でのモデル化・定式化と，実験による確認とがどちらも重要である．当該年度，理論面では，展開図の「細胞にとっての折りやすさ」を物理面，数理面から検討し，いくつかのモデルの絞り込みを行った．一般の立体に関して言える性質と，立方体に特有の性質とがあるため，これらを考慮したモデル化を行った．実験面では，さまざまな展開図を実際に細胞に折らせて，動画や各種のデータを取得した．ただし実験の途中で北海道地震が発生し，実験中の細胞の多くが死滅してしまった．この災害による実験の遅れは，今後の巻き返す予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の遅れの最大の原因は，2018年9月の北海道の地震である．ちょうど地震が起こったとき，当該研究グループのメンバーはイギリスで7OSMEと呼ばれる国際会議に出席していた．この会議は International Meeting on Origami in Science, Mathematics, and Education という会議であり，4年に1度程度開催される，折り紙関連の最重要会議である．なお会議そのものは，参加者も300名を上回る盛況な会議であり，サイエンスとしての折り紙の広がりを強く感じさせられるものであった．
それはともかく，研究グループの一人は，この会議に出席するにあたり，北海道大学でいくつかの実験を仕込んでから会議に参加していた．まさにそのときに，地震が北海道を襲って，全土が一時停電するに至った．停電期間そのものは1日程度であったが，冷蔵庫やコンピュータ，すべての電子機器が停電の影響を受け，そのとき仕込んでいた実験用の細胞は，すべて死滅した．
イギリスから帰国後，新たに実験を立ち上げたが，すべてリセットされてしまったため，大きな影響が出たことは否めない．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初のスケジュールよりは少し遅れ気味ではあるが，いくつかの展開図について，実際に細胞に折らせることに成功し，動画や各種データを得ることができた．これに基づいて理論研究を進めると同時に，実験面でもさらにいくつかの展開図について実験を進める予定である．理論面では，より精緻なモデルの構築と，その評価を実施する予定である．まず当初の数理モデルでは，問題を単純化し，隣接するプレート間の影響だけを考えていたが，実際に細胞にプレートを折らせてみると，必ずしも隣接しないプレート間にも腕を伸ばして引きよせる様子が観察できた．こうした「遠くに腕を伸ばす」ことも考慮したモデルの構築が必要である．
また，現在は立方体に対する展開図を実験の対象としているが，これだと格子状のプレートしか考えることができない．理論的なモデルを作る上では利点もあるが，モデルそのものが制限のあるものしか扱えない恐れがある．そこで，もっと一般性のあるモデルを考えるために，立方体以外の立体も研究対象にする必要がある．現在検討しているのは立方８面体である．これは正多面体ではないが，空間を充填する基本的な立体であり，ある制約を考えると，展開図の数も劇的に絞り込むことができるため，有望な立体であると考えられる．今年度は，立方８面体の展開図に対する実験にも着手する予定である．
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[Book] 折り紙数理の広がり2018
Author(s)
T.C. Hull, M.N. De las Penas, E.C. Taganap, T.A. Rapanut, R. Uehara, H.A. Akitaya, J. Mitani, Y. Kanamori, Y. Fukui, T. Tachi, T.A. Evans, R.J. Lang, S.P. Magleby, L.L. Howell, B.J. Edmondson, M.R. Morgan, J.S. Dai, E.D. Demaine, J.S. Ku, M.L. Demaine(他11人)
Total Pages
288
Publisher
森北出版
ISBN
978-4-627-01701-6
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[Book] Origami 72018
Author(s)
R. Lang, M. Boliho, Z. You, N. Boakes, C. Budd, Y. CHen, M. Frecker, S. Guest, T. Hull, Y. Klett, J. Mitani, J. Pardo, G. Paulino, M. Schenk, T. Tachi, R. Uehara, and P. Wang-Iverson (Eds)
Total Pages
1367
Publisher
Tarquin
ISBN
978-1-911093-89-3
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