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2020 年度 実施状況報告書

細胞の自律運動と協同的集団運動のアクティブマター物理学

研究課題

研究課題/領域番号 19K14673
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

多羅間 充輔  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (90756834)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード細胞運動 / アクティブマター / メカノセンシング / 自己組織化 / 協同現象
研究実績の概要

細胞は単一でも様々な運動性を持ち、また多数の細胞が集まるとさらに複雑なダイナミクスを示す。しかし、そのメカニズムは細胞そのものの複雑さゆえに未解明な点が多い。そのような単一の細胞や細胞集団が自己組織化するダイナミクスを、アクティブマター物理学の視点から理解することを目指した研究を行っている。その実現のために、メソスケールの細胞を中心として、ミクロ~メソ~マクロスケールという異なる階層にわたるマルチなスケールのモデルの開発に取り組んでいる。令和2年度は以下のような成果を得た。
研究項目1. メカノセンシング:外界の力学的な状況に応じて内部状態を制御することで運動性を変化・適応させる細胞のメカノセンシングを理解するために、細胞の力生成を担う力学モデルを発展させて、周囲の状態に応じて内部状態のパタンがどのように変化するかを数値的に解析した。また、実際の実験で観測されているパタンとの比較を行い、パタン形成メカニズムの理論的な理解を進めた。
研究項目2. 協同運動:細胞集団が協同的に運動するときに特徴的なパタンを示すことがいくつかの実験で示されている。そのようなパタンの一つである穴空き構造を作りながら運動する細胞集団が実験的に見つかっている。エージェントベースの細胞の力学モデルを元にした数値シミュレーションによって、実験結果を再現することに成功し、さらにそのような構造がどのようにして実現するのかを調べた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和2年度は、研究項目1、2ともに数値シミュレーションのまとまった結果が得られ、また実験結果との比較を進めることができた。すでにいくつかの結果については学術雑誌への投稿に向けて論文執筆を進めている。このことから、本研究は順調に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

今後の研究推進の方策としてそれぞれ以下を想定している。
研究項目1:細胞のメカノセンシングの実験結果との定量的な比較のために、数値シミュレーション結果の解析を進める。また、物理モデルの理論的な理解を促進するためにグローバルなパラメタ空間での振る舞いを調べる。さらに、新たに関連する実験結果が出てきているので、その実験へのモデルの適用と実験結果の理論的理解を行う。
研究項目2. 細胞集団が協同的に運動するときに示すパタン形成のメカニズムには、細胞の状態に関するパラメタに応じて複数のシナリオがあることがこれまでの研究結果から示唆されている。今後はそれぞれのシナリオを定量的に評価して、理論的な理解を推進する。

次年度使用額が生じた理由

昨年度末からの新型コロナウイルスの世界的感染拡大のために、参加を予定していた研究集会が延期あるいはオンライン開催になり、参加のための旅行が全て無くなり、また、旅行制限のため議論のための出張も無くなった。さらに、社会の急速なデジタル化の需要によって計算機関連の物品も入手困難になるなど、さまざまなところに影響が出た。そのために、今年度の助成金は計画通りに使用することが困難であった。次年度は徐々に制限が緩和され、研究集会や議論のための出張ができるようになり、また計算機関連の物品の品薄も緩和されるであろうという期待する。今年度の助成金の残額分は次年度へ繰越し、次年度に計画している研究の遂行に必要な出張費用や計算機関連物品の購入費用に充てる。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2021 2020

すべて 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] Cortex structure formation of actomyosin by motor activity2021

    • 著者名/発表者名
      M. Tarama, T. Shibata
    • 学会等名
      Active Matter Workshop 2021
  • [学会発表] Formation of actin cortex structure by myosin motor activity2020

    • 著者名/発表者名
      M. Tarama, T. Shibata
    • 学会等名
      日本生物物理学会年会
  • [学会発表] アクティブマターの力生成と変形、自発運動2020

    • 著者名/発表者名
      多羅間充輔
    • 学会等名
      日本液晶学会 ソフトマターフォーラム講演会
    • 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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