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生体ソフトマターの非平衡力学計測

公募研究

研究領域非平衡ソフトマター物理学の創成に関する総括研究
研究課題/領域番号 21015024
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関九州大学

研究代表者

水野 大介  九州大学, 大学院・理学研究院, 准教授 (30452741)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
4,100千円 (直接経費: 4,100千円)
2010年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2009年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードマイクロレオロジー / マイクロバイオロジー / 細胞力学 / メカノセンシング / 非平衡生命科学 / 細胞骨格 / 1分子計測 / ナノテクノロジー
研究概要

生きた細胞や生体組織内部では、主として細胞骨格とモーターたんぱく質の働きにより生成された非平衡力により、様々な小器官や構成物質が互いに力学的な相互作用を及ぼしあっている。このような強い非平衡環境下におかれた生体物質(ソフトマター)は、周囲の媒質や自分自身の非平衡度に依存してその性質を大きく変化させる。本研究の初期の目標はその詳細なメカニズムを解明するために、試料の非平衡度や力学的性質を制御しかつ計測できる新しい非平衡力学物性計測システムを開発することであった。
実際には、用途別に複数の当該測定システムを開発した。具体的には、計測試料に外場を印加することで方位に関する対称性が破れた試料の3次元方向の力学特性を計測するシステムと、マクロレオメータにより精密な外場を加えつつ生きている試料の非平衡度を計測することが可能なシステムを開発した。さらに開発したシステムを用いて細胞骨格ゲル(ビメンチンおよびアクチン・ミオシン非平衡ゲル)の力学特性を評価した。
一例として、生体試料(中間径フィラメント細胞骨格ゲル)にずり応力を印加させつつ試験的にマイクロレオロジー計測を行った。このときコロイド粒子の熱運動は、それぞれの運動方向の力学特性を主に反映すると期待される。事実今回の実験では、加えたずり場(xz-方向)に対してvimentinゲルが異方的に硬化することを示唆する結果が得られた(右図)。今回の結果によれば、細胞内部の微視的な力学環境は分子組成や構造の分布のみならず、分子モーターが各所で発生させている応力の向きと分布にも強く依存して変化していることが予想される点で画期的である。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2011 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Non-Gaussian athermal fluctuations in active gels2011

    • 著者名/発表者名
      T.Toyota, D.A.Head, C.F.Schmidt, D.Mizuno
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 7 ページ: 3234-3239

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞の力学知覚の物理メカニズム2011

    • 著者名/発表者名
      水野大介、中益朗子
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 51 ページ: 14-17

    • NAID

      10027414721

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞骨格の非平衡揺らぎと力学特性2011

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 66 ページ: 276-280

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlocal fluctuation correlations in active gels2010

    • 著者名/発表者名
      David Head, Daisuke Mizuno
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 81 ページ: 41910-41910

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Viscoelastic response of a model endothelial glycocalyx2009

    • 著者名/発表者名
      N.Nienhuis, D.Mizuno, J.A.E.Spaan, C.F.Schmidt.
    • 雑誌名

      Physical Biology 6

      ページ: 25014-25014

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-resolution probing of cellular force transmission2009

    • 著者名/発表者名
      D.Mizuno, R.G.Bacabac, C.Tardin, D.Head, C.F.Schmidt
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 102

      ページ: 168102-168102

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-local fluctuation correlations in active gels

    • 著者名/発表者名
      D.Head, D.Mizuno
    • 雑誌名

      Physical Review E (Accepted In press)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] レーザーインターフェロメトリーによる細胞(骨格)の非平衡力学特性計測2011

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      (社)レーザー学会第31回年次大会
    • 発表場所
      電気通信大学
    • 年月日
      2011-01-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 細胞骨格の非平衡力学特性と細胞の力学知覚の物理メカニズム2010

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      第3回定量生物学会
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2010-11-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 細胞骨格ネットワークの非平衡力学特性2010

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      第59回高分子討論会特定テーマバイオの視点からのゲル科学の新展開
    • 発表場所
      北海道大学高等教育機能開発総合センター
    • 年月日
      2010-09-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Exploring the physical calibration mechanism for cellucar mechano-sensing2010

    • 著者名/発表者名
      D.Mizuno, R.G.Bacabac, C.Tardin, D.Head, C.F.Schmidt
    • 学会等名
      SPIE : Optical Trapping and Optical Micromanipulation
    • 発表場所
      Sandiego
    • 年月日
      2010-08-04
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [図書] Cell Mechanochemistry. Biological Systems and Factors Inducing Mechanical Stress, Such as Light, Pressure and Gravity, Chapter 2

    • 著者名/発表者名
      Rommel G.Bacabac, Daisuke Mizuno, Gijsje H.Koenderink
    • 総ページ数
      32
    • 出版者
      Transworld Research Network(In press)
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://sleipnir.sci.kyushu-u.ac.jp/mizuno/index.html

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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