| 研究課題/領域番号 |
20K14424
|
|---|
| 研究種目 |
若手研究
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
舘野 道雄 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任助教 (20868468)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
|
|---|
| キーワード | 多細胞シミュレーション / 細胞極性形成 / 反応拡散系 / パターン形成 / 相分離 / Phase field 法 / ブラウン動力学法 / 細胞極性 / 細胞の集団運動 / フェーズフィールド法 / レオロジー / 細胞選別 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、任意形状の細胞の集団運動を記述可能な新しいクラスの数理モデルを開発し、対応するプログラムを高度に並列化することで、細胞内の化学場から単一細胞の動態、さらには組織レベルの協調運動までを一挙に捕捉した、多階層・大規模シミュレーションを実現する。具体的な問題として、上皮細胞の固化・流動化(ジャミング転移)現象および、細胞性粘菌などに見られる細胞選別現象に本シミュレーションを適用する。これにより、組織の流動化や区画化といった細胞集団の基幹プロセスについて、物理学的な側面から新たな知見を与えることを目指す。
|
| 研究成果の概要 |
本研究では、任意変形可能な既存の1細胞数理モデルを並列計算により高速化し、細胞内の化学場の時間発展から細胞集団の動態までを補足した、100細胞オーダーの多階層シミュレーションを実現した。並行して、このモデルで用いられている細胞極性形成の連続体モデルである保存量有の反応拡散系に注目し、大規模シミュレーションおよび理論的な解析を行った。その結果、パターン（タンパク質の濃度場）の成長速度がパターンの界面曲率によって制御されることが明らかとなった。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまでに、細胞を球形、棒、多角形などの要素に近似した数理モデルによって、実験で確認されている力学波、ジャミング、トポロジー欠陥といった細胞集団の振る舞いが個別に再現されている。任意変形可能な多細胞モデルは、これらの知見を包括的に理解する上で重要な役割を果たすものと期待される。また、細胞極性形成の連続体モデルに関する研究結果は、エネルギー変分を前提としない反応拡散系であっても、質量保存則という条件の下で界面張力に似た量が非自明に現れる例を示しており、このことは化学反応により駆動される分子の自己組織化の理解に新たな視点を提供するものと考えられる。
|
