研究課題
挑戦的研究(萌芽)
本申請では、生体二光子イメージング技術と数理モデル解析を用いて、マウス生体内で観察される特徴的な精子集団流れ場の形成機構の解明を目的とする。世界的に見ても生命科学のアクティブマター研究は、実験対象がバクテリアや分子モーターなどに限られているが、本研究で扱う現象はこれまでの学術の方向を大きく転換させる潜在性を有している。本研究成果は生物物理のみならず物質輸送工学や生殖医療分野への波及効果が期待できる。
脊椎動物において、精細管から生み出された精子は、精巣上体管内に運ばれ輸送される間に運動能を獲得する。この過程は、精子の生殖細胞としての機能の獲得に極めて重要であるにもかかわらず、生体内でどのように精子が振る舞うのかについては全く未解明であった。本研究の目的は、１）生体イメージング計測と２）数理モデリングによる理論解析を通して、精巣上体内の精子流れを明らかにし、その形成の仕組みを明らかにすることである。本研究課題中に、マウスを用いて生体内および生体外の両実験系におけるライブイメージング法の確立と精子集団運動の特徴づけを行った。特に、マウス個体を生かした状態で組織深部を顕微鏡観察する生体イメージング法の確立に注力した。多光子顕微鏡を用いた生体イメージングにより精巣上体管内での精子集団運動の詳細な観察を行った。その結果、精巣上体頭部では精子が管の拍動に応じて受動的に輸送される一方で、精巣上体尾部ではダイナミックな精子集団の流れ場が形成されていることを明らかにした。また、精子流れの時系列画像から渦度などの特徴量を抽出し、精子集団流れ場を定量的に特徴づける一連の解析システムを構築した。さらに、得られたデータを基に精子集団流れの数理モデル化を進めた。これらの成果は、論文として国際誌にて報告するために取りまとめている最中である。本研究課題の推進により、新たなアクティブマター生命現象の原理の理解につながるだけでなく、生殖生物学・再生医学を含む基礎科学分野に影響を与えることが期待される。なお、代表者の所属機関変更による科研費の受給資格の喪失のため、2022年度途中で本計画を中断している。
すべて 2022 2021 その他
すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 6件) 備考 (1件)
Seminars in Cell and Developmental Biology
巻: 1 ページ: 1-10
10.1016/j.semcdb.2022.05.008
Reproduction
巻: 164 号: 1 ページ: 9-18
10.1530/rep-21-0400
Frontiers in Cell and Developmental Biology
巻: 9
10.3389/fcell.2021.820391
Biochemical Journal
巻: 479 号: 2 ページ: 129-143
10.1042/bcj20210557
Royal Society Open Science
巻: 8 号: 12 ページ: 211024-211024
10.1098/rsos.211024
Biol Reprod.
巻: in press 号: 4 ページ: 875-886
10.1093/biolre/ioab011
https://sites.google.com/view/hirashima-group/home
