| 研究領域 | ヘテロ群知能：多様な細胞の集団動態から切り拓く群知能システムの革新的設計論 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05105
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 大阪大学 (2023)
東北大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
梅津 大輝 大阪大学, 大学院理学研究科, 講師 (60620474)
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| 研究期間 (年度) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2023年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2022年度: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)
2021年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
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| キーワード | 群知能 / ヘテロ性 / 細胞遊走 / 組織リモデリング / 骨格筋 / 形態形成 / 自己組織化 / ライブイメージング / ショウジョウバエ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ショウジョウバエの変態期に起こる筋肉リモデリングは、自己駆動する細胞が合目的的に秩序構造を形成する現象と言える。この過程を群知能現象を理解するためのモデルとし、環境変化に対して柔軟に筋組織を構築する制御則の解明を目指す。筋繊維が一旦バラバラになって生じる筋断片が全く新しい秩序パターンに再集合する過程において、筋断片群は、自由度が高くヘテロな動態活性を持つ比較的無秩序の状態から、動きの低下を伴った秩序状態へと相転移的な動態を示す。この動態の創発メカニズムの解明が群知能の原理解明の鍵と位置づけ、筋細胞の動態を制御する分子メカニズム、個々が従うアルゴリズム、環境適応性の解明を目指す。
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| 研究成果の概要 |
鳥や魚などの生物群集で見られる「群知能」現象と同様に、細胞社会においても、動き回る細胞集団が決まった構造を構築する過程が存在する。本研究では、ショウジョウバエの変態時に見られる筋細胞の「群れ」の動態をモデルとして、ヘテロな細胞集団が秩序構造を構築する原理を明らかにすることを目指した。生体内の細胞動態の定量的解析と数理モデルを用いたシミュレーション解析から、大小２種類の遊走細胞が入り混じったヘテロな集団が異種細胞間の相互作用によって網目状のパターンを出現させることを示した。限られた数のエージェントが広い領域を覆うパターンを作る仕組みの一端を明らかにし、工学的な応用へ向けた洞察を得ることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまでの細胞遊走研究では、外界からの誘引／忌避因子や基質の硬さに対する応答など、細胞が刺激に対して決定論的に動きを制御する仕組みが研究対象であった。一方で、群としての挙動には確率論的な側面が大きく、従来の細胞遊走研究とは性質が異なることから、本研究を通じて得られた成果は細胞生物学などの関連分野に新規の視点をもたらす。さらに、自律分散制御原理の理解から工学分野への波及効果も期待される。また、筋組織は癌の致死性の要因、免疫系との連関など、生命維持に非常に重要な生理的役割を持つことが近年の研究で明らかになってきている。将来的に筋組織機能の改善を介した新たな医療技術の開発に役立つことも期待される。
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