| 研究課題/領域番号 |
21K18605
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分13:物性物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
前多 裕介 九州大学, 理学研究院, 准教授 (30557210)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 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 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | アクティブマター / 細胞骨格 / 人工細胞 / アクトミオシン / マイクロ流体デバイス / 非平衡物理学 / 合成生物学 / 秩序形成 / 分子モーター / 実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞はエネルギーを消費し，秩序だった構造を維持しながら，動き，変形する複雑な分子システムである。このようなダイナミクスの根幹となる概念が「対称性」である。生命の基本単位である細胞の対称性も，細胞運動や細胞分裂，さらには分化する細胞の運命をも決定する。しかし，細胞内での構造配置の対称性がどのように制御され，細胞の自発的な運動が誘起されるのか、その基本原理は十分理解されていない。この問題を解決するために本研究では，細胞内環境の複雑性を軽減した人工細胞モデルを確立し，細胞のように自律的に動き，変形する人工細胞の運動原理を解明する。本研究から細胞の動きと変形の普遍法則に挑む技術基盤が確立される。
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| 研究成果の概要 |
細胞はエネルギーを消費し，秩序だった構造を維持しながら，動き，変形する複雑な分子システムである．このようなダイナミクスの根幹となる概念が細胞における対称性であり，その制御は細胞運動や細胞分裂の軸を決定する役割を持つ．本研究は細胞内の対称性がどのように制御され，動きや変形が誘起されるのかを明らかにすることを目標にアクチンとミオシンを細胞サイズの微小液滴に封入した人工細胞技術の開発を行った．その結果，細胞のように自律的に動き，変形する人工細胞を構築することに成功した．さらに，人工細胞内で発生するアクチン波をアクティブゲル理論で解明し，細胞内対称性の力学的理解につながる技術基盤を構築した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
細胞運動は発生過程からガン細胞の転移に至る多くの生命現象に関わっている．本研究で構築した「運動する人工細胞」はそのシンプルさゆえに詳細な理解を可能としている．そのため, 人工細胞のモデル系を実験物理学の対象として確立することは，従来は隔たりがあったソフトマター物理学・細胞生物学・合成生物学を融合し，細胞内対称性の力学的理解と自在な制御の基礎となるものである．将来的には生体内を動く細胞や培養細胞の解析に応用することで，ガン細胞の浸潤を予測する医療シミュレーターなどの解析手法の創出につながると期待できる．
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