2021 年度研究成果報告書

革新的細胞走性モデルの開発：医療・進化生物学への新展開

研究課題

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研究課題/領域番号	17KK0080
研究種目	国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
配分区分	基金
研究分野	生体医工学・生体材料学
研究機関	東北大学
研究代表者	石川拓司東北大学, 医工学研究科, 教授 (20313728)
研究期間 (年度)	2018 – 2021
キーワード	微生物 / バイオメカニクス / 数理モデル / シミュレーション
研究成果の概要	本研究では、ケンブリッジ大学Goldstein教授の実験・数理と申請者のシミュレーション技術を融合させることで、微生物の走光性に関する数理モデルを飛躍的に発展させた。また、多細胞動物の起源となる襟べん毛虫の群体の遊泳・摂食解析も行い、微生物バイオメカニクスを進化生物学の領域へと展開した。さらに、同学科のPedley教授とLauga教授とも共同研究を行い、微生物遊泳の安定性解析や、微生物懸濁液のマクロスケールの数理モデル化も行った。これらの成果は、J Fluid Mech誌に2編、Phys Rev E誌に1編、J Comp Phys誌に1編など、計6編の査読付き雑誌論文として発表した。
自由記述の分野	生体力学
研究成果の学術的意義や社会的意義	微細藻ゴニウムの走光性を数理モデル化した成果は、光環境下の微細藻集団の振る舞いを予測する際の核となる技術である。将来的に有害赤潮藻の行動予測などにもつながる重要な知見である。２体干渉の数値解析で用いた繊毛遊泳モデルは、細胞表面の速度の付着条件と繊毛打による推力を表す新しいものであり、流体力学的に有用な成果である。微生物懸濁液のレオロジー特性を解明した成果は、マクロな連続体スケールの数理モデル化に貢献する成果である。ケンブリッジ大学のGoldstein教授、Pedley教授、Lauga教授と国際共同研究を推進して共著論文を執筆できたことは、日本の微生物バイオメカニクスの国際化に役立つ成果である。