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2019 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 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 / 細胞・組織 / 発生・形態形成 / 生物・生体工学
研究実績の概要

胚内部の応力分布を明らかにするために推定法として2種類を考案した.第1は「切断法」である.物体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ている場合,これを力の作用方向と垂直な断面で切断すると,引張の作用していた部分は陥没,圧縮の作用していた部分は突出する.この切断面の凹凸と弾性率の分布を調べ,胚の3次元構造を考慮した計算機解析と組合せ,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.本法は組織がある程度かたい尾芽胚に用いた.今年は胚の3次元構造モデル構築を目指し,昨年確立した胚の透明化法を尾芽胚に適用し,腹部組織・脊索・神経管・体節に類別した3次元モデル構築に成功した.また形状を簡略化した尾芽胚モデルについて各組織に超弾性(Neo-Hookean)を仮定した有限要素モデルを作成し,計算が可能であることを確かめた.また,従来の弾性率計測用押込試験機を電動化することで,胚に変化の生じ始める切断後30秒以内に5点の力学特性計測が可能となった.一方,極めて柔らかい原腸胚には第2の「刺入法」を用いた.微細針を胚に刺入・抜去し,その孔の3次元形状を調べることで応力のかかり方を推定する方法である.これに関しては,今年度は胞胚腔蓋(BCR)の応力状態を知るため,胞胚腔内圧を計測する予定であった.しかし,計測が困難であったため,内圧計測用のピペットから腔内に液体を注入することで胚を膨らませ,その圧力-容積関係からBCRの力学特性を計測することを行った.その結果,BCRのヤング率は数10kPaであり,それまで押込試験で知られていた数10ー数100Paに比べ100倍以上大きな値が得られた.この理由は現時点では明確ではないが,圧縮の際には細胞質の流動抵抗等が力を負担するのに対し,引張の場合には細胞骨格が力を支えるためなのかも知れない.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019 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 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 細胞核への力学刺激と核内クロマチン分布2020

    • 著者名/発表者名
      松本健郎
    • 雑誌名

      医学のあゆみ『ラミノパチーとはなにか』

      巻: 272-2 ページ: 147-151

  • [雑誌論文] A novel FRET analysis method for tension dynamics in a single actin stress fiber: Application to MC3T3-E1 cells during movement on a substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Junfeng、Sugita Shukei、Michiue Tatsuo、Tsuboi Takashi、Kitaguchi Tetsuya、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Journal of Biorheology

      巻: 33 ページ: 21~26

    • DOI

      10.17106/jbr.33.21

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Shape-dependent regulation of differentiation lineages of bone marrow-derived cells under cyclic stretch2019

    • 著者名/発表者名
      Maeda Eijiro、Atsumi Yoshinori、Ishiguro Mai、Nagayama Kazuaki、Matsumoto Takeo
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 96 ページ: 109371~109371

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2019.109371

    • 査読あり
  • [学会発表] 応答曲面法を用いたアフリカツメガエル原腸胚表層の力学特性の推定2020

    • 著者名/発表者名
      山本朋実,内藤大地,松本健郎,田村篤敬
    • 学会等名
      日本機械学会中国四国支部第58期総会・講演会 (2020/3/6, 東広島)
  • [学会発表] Clearing of Xenopus laevis Tailbud Embryos and Quantification of their 3D-tissue Structure toward Finite Element Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Ando Y, Hayashi K, Maeda E, Tsunoda R, Tanaka H, Murase K, Ueno N, Matsumoto T
    • 学会等名
      The 10th Asian-Pacific Conference on Biomechanics (2019/11/1-3, Taipei, Taiwan)
    • 国際学会
  • [学会発表] 押込試験によるアフリカツメガエル尾芽胚切断面かたさの多点計測装置の開発2019

    • 著者名/発表者名
      角田涼,安藤頼子,前田英次郎,上野直人,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第32回バイオエンジニアリング講演会 (2019/12/20-21, 金沢)
  • [学会発表] 数値モデルを用いたアフリカツメガエル原腸胚表層の力学特性の推定2019

    • 著者名/発表者名
      山本朋実,才木美香,田村篤敬,松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第32回バイオエンジニアリング講演会 (2019/12/20-21, 金沢)
  • [備考] 名古屋大学・バイオメカニクス研究室

    • URL

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

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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