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2017 年度 実績報告書

新鮮胚内部の応力分布可視化法の確立と形態形成原理の力学的理解

計画研究

研究領域生物の3D形態を構築するロジック
研究課題/領域番号 15H05860
研究機関名古屋大学

研究代表者

松本 健郎  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30209639)

研究分担者 杉田 修啓  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20532104)
田村 篤敬  鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (30394836)
研究期間 (年度) 2015-06-29 – 2020-03-31
キーワードバイオメカニクス / 力学解析 / 組織・細胞 / 発生・形態形成 / 生物・生体工学
研究実績の概要

発生途中の胚内部の応力分布を明らかにすることを目指して5年間に亙る研究を進めている.推定には2種類の方法を考えることにした.第1は切断法である.内部に局所的に引張とその反作用としての圧縮が作用した物体があった場合,これを力の作用方向と垂直な断面で切断すると,引張力の作用していた部分は陥没し,圧縮力の作用していた部分では突出する.この切断面の凹凸分布とスティフネス分布を調べ,計算機解析と組合わせることで,断面を平面に戻すのに必要な応力分布を求めると,これが胚内部の応力分布と見なせる.この方法は組織がある程度硬化してきている尾芽胚期の胚に用いている.第2は刺入法である.内部に染料を満たした直径50μm程度のマイクロピペットを胚に刺入し,染料を排出しつつ針を抜去し,胚内に染料の微小カラムを形成する.予備実験より,張力が作用するほどその方向に長い穿孔が形成されることが判ったので,微小カラムの形状から胚内部の力の方向が推定できると期待している.この方法は力の大きさの定量的な解析には不向きであるが,組織が非常に柔らかくとも実施可能なため,原腸胚に主に用いている.
今年度は,刺入法に関しては,微小カラムの3次元形状を求めるため,刺入後の胚を凍結し,クライオトーム切断を繰り返すことで連続断面を得て,微小カラムの3次元形状を求める装置を試作した.このため,従来,3時間以上かかっていた微小カラムの3次元形状計測が30分以内で可能となった.また,切断法に関しては,組織内の力分布を定量的に明らかにするためには組織内部の3次元形状が必要であるが,これを明らかにするために尾芽胚を透明化して内部構造を一気に観察する方法を開発した.尾芽胚の透明化には成功したが,透明化に伴い,胚が膨潤して形状が変化する点が問題として残された.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

胚内部の力学環境の推定に関して,切断法と刺入法の2種の方法をを考案し,これらの方法による胚内部の力学環境の評価が可能になりつつあるが,人的資源をこちらに重点的に配置せざるを得ないために,胚内の収縮関連タンパクならびに各種発生制御因子の可視化については手つかずの状況にあるため.

今後の研究の推進方策

まずは胚内部の3次元的な力学環境の推定を重点的に進め,その後,胚内の収縮関連タンパクならびに各種発生制御因子の可視化について取りかかるようにする.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Effects of cyclic compression on the mechanical properties and calcification process of immature chick bone tissue in culture2017

    • 著者名/発表者名
      Maeda Eijiro、Nakagaki Masashi、Ichikawa Katsuhisa、Nagayama Kazuaki、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Bone Reports

      巻: 6 ページ: 120~128

    • DOI

      10.1016/j.bonr.2017.04.002

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of surface topography and stiffness distribution on cross-section of Xenopus laevis tailbud for estimation of mechanical environment in embryo2017

    • 著者名/発表者名
      Murakami Fumiaki、Ando Yoriko、Miyagi Asuka、Sugita Shukei、Ueno Naoto、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Development, Growth & Differentiation

      巻: 59 ページ: 434~443

    • DOI

      10.1111/dgd.12372

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A novel patterned magnetic micropillar array substrate for analysis of cellular mechanical responses2017

    • 著者名/発表者名
      Nagayama Kazuaki、Inoue Takuya、Hamada Yasuhiro、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 65 ページ: 194~202

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2017.10.017

  • [学会発表] アフリカツメガエル尾芽胚切断面かたさの同時多点計測2018

    • 著者名/発表者名
      角田 涼,安東頼子,上野直人,前田英次郎,村瀬晃平,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第49回学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] アフリカツメガエル新鮮原腸胚内部の力学環境の推定に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      丹下祥之,安東頼子,前田英次郎,村瀬晃平,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第67期総会・講演会
  • [学会発表] Biomechanical Approaches toward Estimation of Stress Distribution in Xenopus Laevis Embryos2017

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T
    • 学会等名
      Japan-UCI Meeting on 3D Morphogenesis
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Estimation of shear deformation of glycocalyx layer on vascular endothelial cells in response to fluid flow2017

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T, Takahashi Y, Owaki Y, Nagayama K
    • 学会等名
      The Third International Symposium on Mechanobiology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 刺入法によるアフリカツメガエル新鮮原腸胚内部の力学環境の推定に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      丹下祥之,前田英次郎,村瀬晃平,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      第40回日本バイオレオロジー学会年会
  • [備考] バイオメカニクス研究室

    • URL

      http://bio.mech.nagoya-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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