2023 Fiscal Year Annual Research Report
Cellular intelligence through interaction with three-dimensional diorama topography
Publicly Offered Research
| Project Area | Advanced mechanics of cell behavior shapes formal algorithm of protozoan smartness awoken in giorama conditions. |
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| Project/Area Number |
22H05684
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
杉原 圭 九州大学, 医学研究院, 助教 (80875881)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | 3次元地形 / 細胞応答 / 数理モデル / 生体材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多細胞生物において細胞は地形を感知するだけでなく自らその地形に影響を与え、結果として機能的な組織構造を作り出す。細胞と3次元地形の相互作用が想定される生命現象に着目し、数理モデルの構築とジオラマ3次元地形等を用いた新規実験系の開発により、細胞の原生知能によって実現される細胞-3次元地形間の相互作用を明らかにすることが本研究の目的である。
まず，血管周皮細胞の動態については，これまでの研究により(1) 周皮細胞が特定の組織で血管分岐部近傍に局在すること、(2) 単純な数理モデルを用いて地形の影響によりこの現象が説明されうること、(3) 脱細胞カイメン骨格を用いたin vitro実験系でも周皮細胞が類似動態が示しうること、(4) ゼブラフィッシュ脳血管でも壁細胞が類似動態を示すこと（日本医科大福原茂朋教授・石井智裕助教との共同研究）がわかってきた。ゼブラフィッシュ脳血管で見られた細胞反発様の動態に着目し、細胞反発が分岐部近傍への局在に与える影響を数理モデルを用いて評価したところ、細胞間反発はむしろ分岐部局在に負に寄与する可能性が明らかとなり、単細胞レベルでの地形応答が分岐部近傍への局在にとって重要であることが確からしくなった。また、より精緻に生物学的メカニズムを明らかにするため、微細構造による制御可能な地形を用いた実験系の開発に着手した（計画班東北大菊地謙次准教授との共同研究）。
また、他の生命現象として着目する髄鞘形成については、細胞膜を粒子の集まりとして表現し、接着・前後極性のある細胞運動・膜の物性等を考慮することで、髄鞘形成の基本的な動態を再現できるようになった。このモデル枠組みを用いて、軸索という地形がグリア細胞がつくる髄鞘という構造にどのように影響しているかを引き続き明らかにしていく。
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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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