2021 Fiscal Year Annual Research Report
Active mechanical properties of three-dimensional multicellular tissues and their adaptive regulatory mechanisms.
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21H01209
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
奥田 覚 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (80707836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 和子 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任助教 (40710265)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 生体力学 / 材料力学試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多細胞から成る器官の形成過程は，ミクロな分子・細胞レベルの力発生により駆動される動的な変形過程であり，マクロな組織レベルにおいて頑強に制御されている．この力学過程の頑強性は正常な胚発生や代謝を実現し，また，その破綻は先天性奇形や腫瘍などの疾患を引き起こす．近年，器官形成の力学過程において，アクトミオシン等による分子・細胞レベルのアクティブな力発生が注目されている．特に，個々の分子・細胞の力発生は，多数の分子間・細胞間の相互作用を介して時空間的に協調し，マクロな組織の機械特性をダイナミックに変化させる．一方で，組織の機械特性の異常は，器官の発生異常や機能不全を引き起こす．そのため，頑強な器官形成では，発生過程の進行に伴う力学場の変化に応じて，マクロな組織変形がミクロな分子・細胞の動態へフィードバックされ，組織の機械特性が適応的に制御されていると考えられる．そこで本研究では，三次元多細胞組織のアクティブな機械特性とその適応的な制御機構を明らかにすることを目的とする．
本年度は，組織の弾塑性を定量的に計測するため，培養条件を最適化してサイズや組成が一様な立体組織を作成した．また，顕微鏡観察で得られた画像データから，組織や細胞の変形量を定量化するための評価関数を構築し，その画像解析技術を開発した．また、力学的な摂動下における分子・細胞の空間分布や時間変化を観察するため，細胞骨格と関連分子を標識した．さらに，上皮極性に対する細胞骨格の配向や関連分子の局在など，個々の分子・細胞の時空間分布を画像処理により定量化するための評価関数を構築し，その画像解析技術を開発した． 加えて、機械特性と制御因子に基づいて，その制御機構を説明する仮説を立案し，その数理モデルを構築に着手した．
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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
当初の計画の通り、立体培養組織を対象として力学試験を実施する準備が整った．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に準備を整えた力学試験と解析手法を駆使し、三次元多細胞組織のアクティブな機械特性と力学環境に対する応答性を明らかにする．
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