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新鮮胚内部の応力分布可視化法の確立と形態形成原理の力学的理解

計画研究

研究領域生物の3D形態を構築するロジック
研究課題/領域番号 15H05860
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関名古屋大学 (2016-2019)
名古屋工業大学 (2015)

研究代表者

松本 健郎  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30209639)

研究分担者 田村 篤敬  鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (30394836)
杉田 修啓  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20532104)
研究期間 (年度) 2015-06-29 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
81,250千円 (直接経費: 62,500千円、間接経費: 18,750千円)
2019年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2018年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2017年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2016年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2015年度: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
キーワードバイオメカニクス / 力学解析 / 細胞・組織 / 発生・形態形成 / 生物・生体工学 / 組織・細胞
研究成果の概要

生物の発生過程には,ホルモンなどの生化学因子だけでなく,力学因子すなわち胚内部の圧縮・引張力の分布も重要であることが明らかとなってきている.この力分布を明らかにするため,胚を切断した際の断面の凹凸とその面のかたさ分布から断面付近の力分布を求める方法(切断法),胚に微細針を刺入・抜去した後に生じる刺入孔の3次元形状から力分布を求める方法(刺入法)を考案し,発生の実験で良く用いられるアフリカツメガエル胚を対象として実験系を構築した.その結果,胚の内部には圧縮の,表面には引張の力が作用していること,胚が伸張する時期には内部の脊索が強い圧縮力を負担していることなどが明らかとなった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

発生現象に対する力学因子の影響は,近年その重要性が認識されはじめ,シート状の組織や胚の表面にレーザで穴を開けた際の周辺の組織変形の様子から平面内の力分布を求めることは盛んに行われるようになってきている.しかし,胚内部の3次元的な力分布については,計測方法の欠如から殆ど判っていなかった.そこで我々は,胚を切断したり,微細針を刺入したりした際の組織の3次元的な変形から内部の応力状態を推定する方法を考案し,その有効性を確認した.本法の普及により,胚内部の力分布が明らかとなり,発生に対する力学因子の影響がより深く理解できるようになると期待される.

報告書

(6件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (18件) (うち査読あり 16件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 6件、 招待講演 6件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] 細胞核への力学刺激と核内クロマチン分布2020

    • 著者名/発表者名
      松本健郎
    • 雑誌名

      医学のあゆみ『ラミノパチーとはなにか』

      巻: 272-2 ページ: 147-151

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] A novel FRET analysis method for tension dynamics in a single actin stress fiber: Application to MC3T3-E1 cells during movement on a substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Junfeng、Sugita Shukei、Michiue Tatsuo、Tsuboi Takashi、Kitaguchi Tetsuya、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Journal of Biorheology

      巻: 33 号: 1 ページ: 21-26

    • DOI

      10.17106/jbr.33.21

    • NAID

      130007674886

    • ISSN
      1867-0466, 1867-0474
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Shape-dependent regulation of differentiation lineages of bone marrow-derived cells under cyclic stretch2019

    • 著者名/発表者名
      Maeda Eijiro、Atsumi Yoshinori、Ishiguro Mai、Nagayama Kazuaki、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 96 ページ: 109371-109371

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2019.109371

    • NAID

      120006808764

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of Heterogeneous Deformation in the Wall of Rabbit Thoracic Aorta at Microscopic Level2019

    • 著者名/発表者名
      Fan Y, Wang JF, Maeda E, Murase K, Matsumoto T
    • 雑誌名

      Advanced Biomedical Engineering

      巻: 8 号: 0 ページ: 7-13

    • DOI

      10.14326/abe.8.7

    • NAID

      130007552693

    • ISSN
      2187-5219
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoelasticity-based evaluation of cellular contractile force for phenotypic discrimination of vascular smooth muscle cells2019

    • 著者名/発表者名
      Sugita Shukei, Mizutani Eri, Hozaki Masatoshi, Nakamura Masanori, Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 3960-3960

    • DOI

      10.1038/s41598-019-40578-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct application of mechanical stimulation to cell adhesion sites using a novel magnetic-driven micropillar substrate2018

    • 著者名/発表者名
      Nagayama K, Inoue T, Hamada Y, Sugita S, Matsumoto T
    • 雑誌名

      Biomed Microdevices

      巻: 20 号: 4 ページ: 85-85

    • DOI

      10.1007/s10544-018-0328-y

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of cyclic compression on the mechanical properties and calcification process of immature chick bone tissue in culture2017

    • 著者名/発表者名
      Maeda Eijiro、Nakagaki Masashi、Ichikawa Katsuhisa、Nagayama Kazuaki、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Bone Reports

      巻: 6 ページ: 120-128

    • DOI

      10.1016/j.bonr.2017.04.002

    • NAID

      120006331843

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of surface topography and stiffness distribution on cross-section of Xenopus laevis tailbud for estimation of mechanical environment in embryo2017

    • 著者名/発表者名
      Murakami Fumiaki、Ando Yoriko、Miyagi Asuka、Sugita Shukei、Ueno Naoto、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Development, Growth & Differentiation

      巻: 59 号: 5 ページ: 434-443

    • DOI

      10.1111/dgd.12372

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A novel patterned magnetic micropillar array substrate for analysis of cellular mechanical responses2017

    • 著者名/発表者名
      Nagayama Kazuaki、Inoue Takuya、Hamada Yasuhiro、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 65 ページ: 194-202

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2017.10.017

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of actin filaments of MC3T3-E1 cells during adhesion process to substrate2016

    • 著者名/発表者名
      J Wang, S Sugita, K Nagayama, T Matsumoto
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering

      巻: 11 号: 2 ページ: 15-00637-15-00637

    • DOI

      10.1299/jbse.15-00637

    • NAID

      130005158997

    • ISSN
      1880-9863
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Observations of intracellular tension dynamics of MC3T3-E1 cells during substrate adhesion using a FRET-based actinin tension sensor2016

    • 著者名/発表者名
      Wang J, Ito M, Zhong W, Sugita S, Michiue T, Tsuboi T, Kitaguchi T, Matsumoto T
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering

      巻: 11 号: 4 ページ: 16-00504-16-00504

    • DOI

      10.1299/jbse.16-00504

    • NAID

      130005251141

    • ISSN
      1880-9863
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Differences in the Mechanical Properties of the Developing Cerebral Cortical Proliferative Zone between Mice and Ferrets at both the Tissue and Single-Cell Levels.2016

    • 著者名/発表者名
      Nagasaka, A., Shinoda, T., Kawaue, T., Suzuki, M., Nagayama, K., Matsumoto, T., Ueno, N., Kawaguchi, A. and Miyata, T.
    • 雑誌名

      Front Cell Dev. Biol.

      巻: 25 ページ: 139-139

    • DOI

      10.3389/fcell.2016.00139

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multiphoton microscopy observations of 3D elastin and collagen fiber microstructure changes during pressurization in aortic media2016

    • 著者名/発表者名
      Sugita Shukei、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      巻: 16 号: 3 ページ: 763-773

    • DOI

      10.1007/s10237-016-0851-9

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiphasic Stress Relaxation Response of Freshly Isolated and Cultured Vascular Smooth Muscle Cells Measured by Quasi-In Situ Tensile Test2015

    • 著者名/発表者名
      Nagayama K, Saito S, Matsumoto T
    • 雑誌名

      Bio-Medical Materials and Engineering

      巻: 25 号: 3 ページ: 299-312

    • DOI

      10.3233/bme-151276

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mechanical trapping of the nucleus on micropillared surfaces inhibits the proliferation of vascular smooth muscle cells but not cervical cancer HeLa cells2015

    • 著者名/発表者名
      Nagayama K, Hamaji Y, Sato Y, Matsumoto T
    • 雑誌名

      J Biomechanics

      巻: 48 号: 10 ページ: 1796-1803

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2015.05.004

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dynamic transport and cementation of skeletal elements build up pole-and-beam structured skeleton of sponges2015

    • 著者名/発表者名
      Nakayama S, Arima K, Kawai K, Mohri K, Inui C, Sugano W, Koba H, Tamada K, Nakata YJ, Kishimoto K, Arai-Shindo M, Kojima C, Matsumoto T, Fujimori T, Agata K, Funayama N
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 25 号: 19 ページ: 2549-54

    • DOI

      10.1016/j.cub.2015.08.023

    • NAID

      120005669373

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞の基板接着・伸展過程における焦点接着斑の形態変化の解析2015

    • 著者名/発表者名
      王 軍鋒,杉田修啓,長山和亮,松本健郎
    • 雑誌名

      生体医工学

      巻: 53 号: 6 ページ: 311-318

    • DOI

      10.11239/jsmbe.53.311

    • NAID

      130005155604

    • ISSN
      1347-443X, 1881-4379
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 組織再生に向けた細胞のメカノトランスダクションの理解とその制御【依頼解説】2015

    • 著者名/発表者名
      長山和亮,松本健郎
    • 雑誌名

      日本薬学会誌「ファルマシア」

      巻: 51 ページ: 1066-1068

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 応答曲面法を用いたアフリカツメガエル原腸胚表層の力学特性の推定2020

    • 著者名/発表者名
      山本朋実,内藤大地,松本健郎,田村篤敬
    • 学会等名
      日本機械学会中国四国支部第58期総会・講演会 (2020/3/6, 東広島)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Clearing of Xenopus laevis Tailbud Embryos and Quantification of their 3D-tissue Structure toward Finite Element Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Ando Y, Hayashi K, Maeda E, Tsunoda R, Tanaka H, Murase K, Ueno N, Matsumoto T
    • 学会等名
      The 10th Asian-Pacific Conference on Biomechanics (2019/11/1-3, Taipei, Taiwan)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 押込試験によるアフリカツメガエル尾芽胚切断面かたさの多点計測装置の開発2019

    • 著者名/発表者名
      角田涼,安藤頼子,前田英次郎,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第32回バイオエンジニアリング講演会 (2019/12/20-21, 金沢)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 数値モデルを用いたアフリカツメガエル原腸胚表層の力学特性の推定2019

    • 著者名/発表者名
      山本朋実,才木美香,田村篤敬,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第32回バイオエンジニアリング講演会 (2019/12/20-21, 金沢)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Biomechanical approaches toward elucidation of mechanical environment in Xenopus laevis embryos2018

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T
    • 学会等名
      Japan-Toronto Morphogenesis Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Macroscopic and microscopic heterogeneities in the aortic wall: Close correlation between biomechanical environment and protein expression2018

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T
    • 学会等名
      21st International Conference on Mechanics in Medicine and Biology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アフリカツメガエル新鮮原腸胚内部の構造観察と力学環境の推定2018

    • 著者名/発表者名
      丹下祥之,安東頼子,前田英次郎,村瀬晃平,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      第41回日本バイオレオロジー学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 粒子散布法によるアフリカツメガエル尾芽胚のかたさ計測2018

    • 著者名/発表者名
      角田 涼,安東頼子,前田英次郎,村瀬晃平,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      第41回日本バイオレオロジー学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 刺入法によるアフリカツメガエル新鮮胚内部の力学環境の推定2018

    • 著者名/発表者名
      丹下祥之,安東頼子,前田英次郎,村瀬晃平,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第31回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] アフリカツメガエル尾芽胚切断面かたさの同時多点計測2018

    • 著者名/発表者名
      角田 涼,安東頼子,上野直人,前田英次郎,村瀬晃平,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第49回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] アフリカツメガエル新鮮原腸胚内部の力学環境の推定に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      丹下祥之,安東頼子,前田英次郎,村瀬晃平,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第67期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Biomechanical Approaches toward Estimation of Stress Distribution in Xenopus Laevis Embryos2017

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T
    • 学会等名
      Japan-UCI Meeting on 3D Morphogenesis
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Estimation of shear deformation of glycocalyx layer on vascular endothelial cells in response to fluid flow2017

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T, Takahashi Y, Owaki Y, Nagayama K
    • 学会等名
      The Third International Symposium on Mechanobiology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 刺入法によるアフリカツメガエル新鮮原腸胚内部の力学環境の推定に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      丹下祥之,前田英次郎,村瀬晃平,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      第40回日本バイオレオロジー学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] アフリカツメガエル胚内部の3次元応力分布の推定2017

    • 著者名/発表者名
      松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] FRETに基づくアクチニン張力センサを用いた基板接着過程でのMC3T3-E1細胞内張力のダイナミクスの観察2017

    • 著者名/発表者名
      王軍鋒,伊藤将大,鐘文浩,杉田修啓,道上達男,坪井貴司,北口哲也,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] アフリカツメガエル新鮮原腸胚内部の張力分布異方性の計測に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      丹下祥之,前田英次郎,村瀬晃平,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第48回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] り鉢様形状の培養基板面が細胞集団の挙動に与える影響の観察2017

    • 著者名/発表者名
      金森宗一郎,前田英次郎,村瀬晃平,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第48回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 胚断面高さおよびかたさ分布計測によるアフリカツメガエル脊索形成時の力学場の推定2016

    • 著者名/発表者名
      村上史哲,宮城明日香,杉田修啓,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第28回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      東京工業大学,東京都
    • 年月日
      2016-01-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 生体組織内力分布を細胞の寸法レベルで明らかにする2016

    • 著者名/発表者名
      松本健郎
    • 学会等名
      基生研研究会『物理学は生物現象の謎を解けるか』
    • 発表場所
      基礎生物学研究所,愛知県岡崎市
    • 年月日
      2016-01-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Estimation of stress distribution in developing Xenopus tail bud2016

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T
    • 学会等名
      Japan-Austria joint meeting “Understanding the logic behind developmental dynamics”
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アフリカツメガエル新鮮胚断面かたさ分布瞬時計測法の高精度化に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      加藤雅也,宮城明日香,杉田修啓,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第47回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      愛知工業大学,愛知県八草町
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [図書] Advances in Metallic Biomaterials: Tissues, Materials and Biological Reactions (Niinomi M, Narushima T, Nakai M, eds.)2015

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T, Sugita S, Yaguchi T
    • 総ページ数
      348
    • 出版者
      Springer
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公開日: 2015-07-02   更新日: 2022-11-04  

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