2023 Fiscal Year Annual Research Report
流体構造生化学連成解析によるニューロンの移動モードと大脳皮質形成の力学の解明
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21H04541
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
今井 陽介 神戸大学, 工学研究科, 教授 (60431524)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 周宏 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (60373354)
滝沢 研二 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60415809)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 計算生体流体力学 / 計算バイオメカニクス / 流体構造連成解析 / 細胞運動 / 組織形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類の大脳皮質深部で誕生した神経細胞（ニューロン）は，三種類の移動モードを駆使して脳表層に到着し，インサイドアウトと呼ばれる六層構造の大脳皮質を形成する．本研究の目的は，流体構造生化学連成解析とイン・ビボ細胞実験の統合的な手法によって，ニューロンの移動モードの変化とインサイドアウト構造の形成メカニズムを力学に基づいて明らかにすることである．また，そのための基盤計算技術として，細胞膜の固体力学，細胞質と細胞外の液体の流体力学，細胞接着タンパクと細胞骨格タンパクの生化学反応を連成するトランススケール流体構造生化学連成解析手法を開発することである．
これまでにニューロンの先導突起の挙動を再現するための流体構造連成解析手法の基礎を構築し，ロコモーションやトランスロケーションにみられる長く伸びた先導突起の形成メカニズムを検討してきた．その結果，局所的な生体膜の面積拡大と細胞骨格タンパクの重合・脱重合のバランスが重要であることが示唆された．
これを踏まえて，２０２３年度は，第一に，生体組織の成長理論を生体膜の面積増加に応用する手法を開発した．具体的には，細胞膜の変形を自発的な面積拡大による塑性変形と弾性変形に分解する手法である．第二に，これを用いて，先導突起の再現を試みた．細胞膜の一部に塑性変形（面積拡大）を与えると，突起のような形態が現れた．さらに先端部に集中的な面積拡大を与えると，細長く伸展した突起形状になる結果が得られた．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Computational modeling of the cerebrospinal fluid flow: effect of cilia-induced velocity2023
Author(s)
Ishida, S., Yoshida, H., Yamamoto, T., Ishikawa, T., Nagata, Y., Takeuchi, K., Ueno, H., and Imai, Y.
Organizer
18th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
Int'l Joint Research / Invited
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