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溶融高分子の内部において分子鎖が形成するからみあい構造のダイナミクス解析

研究課題

研究課題/領域番号 10J01270
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関京都大学

研究代表者

奥田 覚  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2010 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード高分子レオロジー / RNRモデル / 組織形態形成 / 多細胞ダイナミクス / 数理モデル / 粗視化モデル / PCNモデル / バイオメカニクス / 高分子ダイナミクス / 界面相互作用 / からみ合い構造 / レオロジー / 数値シミュレーション / 分子間相互作用 / プリミティブチェーンネットワーク / 溶融高分子 / 固液界面 / 粗視化シミュレーション / 壁面境界モデル
研究概要

組織・器官の形態形成は、多細胞集団が自律的な秩序を形成する過程であり、この過程では、細胞レベルの力学的挙動が極めて重要な働きをしている。すなわち、この形態形成過程では、細胞の変形や配置替え、増殖、頂端面の収縮などの細胞活動の力学作用、および、多細胞間の力学相互作用が重要な役割を担っている。
本研究は、前年度までに構築した高分子レオエロジーのための数理モデルのフレームワークを応用し、多細胞レベルの力学作用を考慮した組織形態形成の数理モデルを構築した。そして、数値シミュレーションを行うことにより、細胞レベルの力学作用が、空間スケールを超えた組織レベルの形態形成過程に及ぼす影響を多細胞バイオメカニクスの観点から検討した。
組織の形態形成に伴う複雑な変形過程を多細胞レベルから解析するため、粒子系モデルを基本とした三次元頂点モデルを発展させ、リバーシブル・ネットワーク・リコネクション(RNR)モデルを新たに構築した。このRNRモデルでは、ネットワークトポロジー・細胞形状・エネルギーが可逆となるように細胞の配置換えのルールを改良し、組織の大変形過程の解析を可能にした。
重要な細胞活動の一つである細胞増殖が組織の形態形成に及ぼす影響を解析するため、RNRモデルを枠組みとした細胞増殖の数理モデルを構築した。このモデルを用いた数値シミュレーションにより、細胞成長・細胞分裂の振る舞いが、組織の形態形成過程に及ぼす影響の解析を可能にした。
以上、本研究は、組織の形態形成過程の幅広い力学作用を捉えることにより、多細胞バイオメカニクスに対する新たな知見を提供するものである。

報告書

(3件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] Modeling cell proliferation for simulating three-dimensional tissue morphogenesis based on a reversible network reconnection framework2013

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 雑誌名

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      巻: (in print) 号: 5 ページ: 987-996

    • DOI

      10.1007/s10237-012-0458-8

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Soft-core Interaction Between Entanglement Segments for Primitive Chain Network Simulations2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Takashi Uneyama, Yasuhiro Inoue, Yuichi Masubuchi, Masaki Hojo
    • 雑誌名

      日本レオロジー学会誌

      巻: 40 号: 1 ページ: 21-30

    • DOI

      10.1678/rheology.40.21

    • NAID

      10031143570

    • ISSN
      0387-1533, 2186-4586
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 多細胞間の力学的相互作用に基づく三次元組織形成シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      生命情報科学若手の会 第4回研究会
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知)(招待講演)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] リバーシブル・ネットワーク・リコネクションモデルに基づく組織形態形成シミュレーションのための細胞増殖の数理モデル化2013

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      第25回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      産業技術総合研究所(筑波)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Modeling of Cell Proliferation for Simulating Tissue Morphogenesis Based on Multicellular Dynamics2013

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      The 10th NIBB-EMBL Symposium 2013 : Quantitative Bioimaging
    • 発表場所
      Okazaki Conference Center, Aichi, Japan
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional vertex model for simulating large deformation of cell aggregates during tissue morphogenesis2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Tajii Adachi
    • 学会等名
      International Symposium on Cellular Mechanobiology
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 形態形成過程における多細胞組織の大変形シミュレーションのためのリバーシブル・ネットワーク・リコネクションモデル2012

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      日本数理生物学会第22回大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山)(招待講演)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] リバーシブル・ネットワーク・リコネクションモデルによる形態形成過程の組織大変形シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Large deformation of multicellular tissues during morphogenesis using reversible network reconnection model2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      Exciting Biologies : Forces in Biology
    • 発表場所
      Herbert Park Hotel, Dublin, Irland
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Computational model for large deformations of multiple-cell aggregate during tissue morphogenesis2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      World Congress of Computational Mechanics
    • 発表場所
      Hotel Transamerica Sao Paulo, Sao Paulo, Brazil(招待講演)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional vertex model for morphogenesis of multiple-cell tissue with physical and topological consistency2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      CDB Symposium 2012 : Quantitative Developmental Biology
    • 発表場所
      理化学研究所CDB
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 組織発生の形態形成過程における細胞の分裂と成長のモデル化2012

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 細胞質分裂における収縮環の力発生と細胞膜変形との関連:力学シミュレーションによる検討2012

    • 著者名/発表者名
      中川光司, 井上康博, 奥田覚, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Computational biomechanics for large deformations of multiple-cell aggregates during tissue morphogenesis2011

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      京都大学再生医科学研究所「再生医学・再生医療の先端融合的共同研究拠点」平成23年度学術講演会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2011-12-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Physical and geometrical improvements of three-dimensional vertex model for simulating morphogenetic dynamics of multicellular tissue in development2011

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      Exciting biology series : Biology at the interface
    • 発表場所
      理化学研究所CDB
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] シート状多細胞組織の形態発生に関する数理モデルの検討2011

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 中川光司,井上康博,奥田覚,安達泰治細胞分裂における収縮環による細胞変形のシミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      中川光司, 井上康博, 奥田覚, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第22回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      アスト津(三重県)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 複雑形状周り混相流数値解析による繊維束内微視的樹脂浸透挙動の検討2011

    • 著者名/発表者名
      井上康博, 石田和希, 高田尚樹, 奥田覚, 北條正樹
    • 学会等名
      日本混相流学会年会講演会2011
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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