2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mathematical modeling of brain development: transformation from temporal control of cell differentiation and proliferation to spatial construction
Publicly Offered Research
| Project Area | Interplay of developmental clock and extracellular environment in brain formation |
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19H04777
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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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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第一に、昨年度の研究に引き続き、三次元バーテックスモデルの理論解析により、単層の上皮シートの力学的な安定性を解析し、単層の細胞シートに内在する力学的な不安定性が細胞脱離を引き起こすことを明らかにした。本研究成果を国際学術誌に発表した。
第二に、三次元バーテックスモデルに対して、Delta-Notchシグナル動態を導入し、脳発生における神経上皮組織の多層化の機構について検討した。その結果、Delta-Notchシグナルによるパターニングは細胞間の接着力を下げることによって、細胞脱離を促進することを明らかにした。また、細胞脱離に伴う組織の三次元変形は、Delta-Notchシグナルのパターニングを促進することを明らかにした。本研究成果は論文として投稿準備中である。
第三に、三次元空間における多細胞の力学動態をサブセルラーレベルからシミュレーションする独自の数理モデルを開発した．本モデルは，各細胞の三次元形態を詳細な多面体で近似し，多面体の頂点に関する運動方程式，および，多面体メッシュのトポロジー変化を解くことにより，多細胞の三次元的な力学動態を粗視化する．特に、長時間スケールにおける細胞の大変形を記述するため、三角形メッシュとのトポロジーを動的に変化させた。このリメッシュ操作による膜形状の変化やエネルギーの変化は軽微であり、数理モデルの妥当性が示された。開発技術の一部を論文として投稿準備中である。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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