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2020 年度 実績報告書

細胞集団の応答とトポロジカル欠陥の非平衡ダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 19K23422
研究機関東京大学

研究代表者

西口 大貴  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20850556)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
キーワードアクティブマター / 集団運動 / 細胞集団 / 内皮細胞 / トポロジカル欠陥 / 非平衡物理学 / 非平衡統計力学 / 生物物理学
研究実績の概要

細胞の集団運動が示す外場や境界条件への応答を調べるため、細胞配向場中のトポロジカル欠陥の非平衡ダイナミクスに着目した実験をおこなった。これにより、多細胞生物の発生過程や生理現象などにおける細胞集団運動の理解へとつながるように、アクティブマター理論の適用可能範囲を拡張することを目指した。
2020年度は、まず哺乳類細胞の集団運動の外場への応答の定量測定のための実験系を完成させた。具体的には、共同研究先のフランス・パリのパスツール研究所から、コロナ禍の合間を縫ってヒトの血管内皮細胞株を輸入し、ストックの作成などの作業をおこない、細胞培養のルーチン作業に必要な環境を確立した。その上で、内皮細胞集団が血流を模した剪断流という外場に応答するダイナミクスのライブイメージング環境を構築した。具体的には、顕微鏡ステージ上の微小流体デバイス内で細胞を育てつつ、培地を循環させながら数日間連続して安定した無脈動の流れをかけ続けられる灌流システムの構築および、灌流用のチューブやポンプ類を含めた灌流システムと顕微鏡の実験系全体を覆う37℃保温システムの作成をおこなった。これにより細胞の形成するネマチックな集団運動が外場に応答する過程を安定してタイムラプス観察することに成功した。画像解析により細胞の配向場を得て、配向場のトポロジカル欠陥を検出・追跡し、その対消滅過程や運動と外場の結合の特徴付けをおこなった。現在、追加の実験と解析をおこなっている。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ベルリン工科大学/Physikalisch-Technische Bundesanstalt(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ベルリン工科大学/Physikalisch-Technische Bundesanstalt
  • [国際共同研究] アルゴンヌ国立研究所/ペンシルベニア州立大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      アルゴンヌ国立研究所/ペンシルベニア州立大学
  • [国際共同研究] パスツール研究所/ソルボンヌ大学/ESPCI(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      パスツール研究所/ソルボンヌ大学/ESPCI
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] 上海交通大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      上海交通大学
  • [雑誌論文] Organizing bacterial vortex lattices by periodic obstacle arrays2020

    • 著者名/発表者名
      Henning Reinken, Daiki Nishiguchi, Sebastian Heidenreich, Andrey Sokolov, Markus Baer, Sabine H. L. Klapp, Igor S. Aranson
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 3 ページ: 76

    • DOI

      10.1038/s42005-020-0337-z

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pair correlation of dilute active Brownian particles: From low-activity dipolar correction to high-activity algebraic depletion wings2020

    • 著者名/発表者名
      Alexis Poncet, Olivier Benichou, Vincent Demery, Daiki Nishiguchi
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 103 ページ: 012605

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.103.012605

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Algebraic correlations and anomalous fluctuations in ordered flocks of Janus particles fueled by an AC electric field2020

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Iwasawa, Daiki Nishiguchi, Masaki Sano,
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: cond-mat ページ: 2011.14548

  • [学会発表] 低密度アクティブブラウン粒子の pair correlation における双翼状枯渇領域とスケーリング則:理論と電場駆動ヤヌス粒子実験2021

    • 著者名/発表者名
      西口大貴, Alexis Poncet, Olivier Benichou, Vincent Demery
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回 年次大会
  • [学会発表] アクティブマターの集団運動における秩序発現と普遍法則に関する実験2021

    • 著者名/発表者名
      西口大貴
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回 年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Electrokinetic Janus particles: from self-organized flagella to winged pair correlation2021

    • 著者名/発表者名
      Daiki Nishiguchi
    • 学会等名
      アクティブマター研究会2021
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel boundary conditions and flow topology of bacterial turbulence2020

    • 著者名/発表者名
      Daiki Nishiguchi, Andrey Sokolov, Henning Reinken, Sebastian Heidenreich, Markus Baer, Sabine H.L. Klapp, Igor S. Aranson
    • 学会等名
      Grand Views of Soft and Liquid Matter Physics(新型コロナウイルス感染症のため中止)
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel boundary conditions and topology of bacterial turbulence2020

    • 著者名/発表者名
      Daiki Nishiguchi
    • 学会等名
      Workshop on Physics of Soft, Active and Living Matter
  • [学会発表] バクテリア乱流の境界条件と渦秩序のトポロジカル制御2020

    • 著者名/発表者名
      西口大貴, Henning Reinken, Sebastian Heidenreich, Andrey Sokolov, Markus Baer, Sabine H.L. Klapp, Igor S. Aranson
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年 秋季大会
  • [学会発表] アクティブマターの物理学:集団運動の秩序・ゆらぎ・トポロジー2020

    • 著者名/発表者名
      西口大貴
    • 学会等名
      茨城大学オンライン集中講義
    • 招待講演
  • [備考] Daiki Nishiguchi's webpage

    • URL

      https://sites.google.com/site/daikinishiguchi/

  • [備考] 「群れ」に普遍的な構造はあるか?【学術対談】(YouTuberヨビノリとの学術対談)

    • URL

      https://youtu.be/Ui7KsHLkRc4

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公開日: 2021-12-27  

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