気管上皮細胞による流れのナノ計測に基づく計算流体力学研究

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21770158
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 上野 裕則 東北大学, 国際高等研究教育機構, 助教 (70518240)
• 研究協力者: 石川 拓司 東北大学, 大学院・工学研究科 (20313728) ; 石川 尚 ポールシェラ研究所
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 繊毛・鞭毛 / 気管 / ダイニン / クライオ電子線トモグラフィー法

研究概要

空気中のウィルスやバクテリアは気管の繊毛運動により体外へ排出されるが、詳細な繊毛運動や効率的な異物排除機構は現在まで謎であった。本研究では、高空間分解能光学顕微鏡用い気管繊毛の非対称性運動を詳細に解明した。また、クライオ電子線トモグラフィー法により繊毛の3次元構造を世界に先駆けて解明する事が出来た。さらに異物バクテリアの集団遊泳における流動特性を明らかにした。最後に、異物排除機構のシミュレーション解析に向け、コードの開発、GPGPU実装コンピューターシステムの開発を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Mouse respiratory cilia with the asymmetric axonemal structure on sparsely distributed ciliary cells can generate overall directional flow. Nanomedicine (2012)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno, Takuji Ishikawa, Khanh Huy Bui, Kohsuke Gonda K, Takashi Ishikawa, Yamaguchi T.
  • 雑誌名: Nanotechnology, Biology, and Medicine 巻: (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy Transport in a Concentrated Suspension of Bacteria (2011)
  • 著者名/発表者名: Takuji Ishikawa, Naoto Yoshida, Hironori Ueno, M. Wiedeman, Yosuke Imai, and Takami Yamaguchi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: Vol.107, No.2 ページ: 028102-1-028102-4
  • 査読あり
• [学会発表] Nano-imaging of respiratory cilia with light and electron microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno
  • 学会等名: 5th International Symposium on Nanomedicine(ISNM2011)
  • 発表場所: the University of Nagoya, Japan
  • 年月日: 20120505-17
• [学会発表] マウス気管繊毛の運動とクライオ電子線トモグラフィー法による軸糸構造 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野裕則
  • 学会等名: 第24回日本機械学会バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 20120107-08
• [学会発表] 大腸菌懸濁液内のエネルギー輸送 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石川拓司、吉田尚人、上野裕則、Wiedeman M. 、今井陽介、山口隆美
  • 学会等名: 第24回日本機械学会バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 20120107-08
• [学会発表] バクテリアの遊泳能を利用したソーティングデバイスの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塩入達也、石川拓司、沼山恵子、今井陽介、上野裕則、山口隆美
  • 学会等名: 第24回日本機械学会バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 20120107-08
• [学会発表] マウス気管における繊毛運動・流体解析、及びクライオ電子線トモグラフィー法による軸糸構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野裕則
  • 学会等名: 2012年生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 20120106-08
• [学会発表] Analysis of fluid flow on the surface of tracheal lumen through effective ciliary motion (2011)
  • 著者名/発表者名: Koki Kiyota, Hironori Ueno, Takuji Ishikawa, Keiko Numayama-Tsuruta, Yosuke Imai, Noriaki Matsuki and Takami Yamaguchi
  • 学会等名: 5th East Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering, Singapore
  • 発表場所: National University of Singapore(NUS)
  • 年月日: 20111212-14
• [学会発表] Development of a micro fluidic device to separate motile bacteria (2011)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Shioiri, Takuji Ishikawa, Keiko Numayama-Tsuruta, Hironori Ueno, Yosuke Imai and Takami Yamaguchi
  • 学会等名: 5th East Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering
  • 発表場所: National University of Singapore (NUS), Singapore
  • 年月日: 20111212-14
• [学会発表] Entrapment of fresh water ciliates at the interface fluid-air (2011)
  • 著者名/発表者名: Jonathan Ferracci, Takuji Ishikawa, Hironori Ueno, Keiko Numayama-Tsuruta, Yosuke Imai and Takami Yamaguchi
  • 学会等名: 5th East Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering
  • 発表場所: National University of Singapore (NUS), Singapore
  • 年月日: 20111212-14
• [学会発表] Analysis of ciliary motion and the axonemal structure in the mouse respiratory cilia (2011)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno
  • 学会等名: International Symposium on Mechanobiology(The Fifth Shanghai International Conference on Biophysics and Molecular biology)
  • 発表場所: Shanghai-Hangzhou, China
  • 年月日: 20111104-08
• [学会発表] Development of a microdevice for sorting motile bacteria (2011)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Shioiri, Takuji Ishikawa, Keiko Numayama-Tsuruta, Hironori Ueno, Yosuke Imai and Takami Yamaguchi
  • 学会等名: ASME, 6th Frontiers in Biomedical Devices Conference
  • 発表場所: Irvine, CA, USA
  • 年月日: 20110926-27
• [学会発表] Analysis of ciliary motion and fluid flow on the surface of tracheal cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno
  • 学会等名: Japan-Portugal Nano-BME Symposium, Faculty of Engineering of the University of Porto
  • 発表場所: Polytechnic Institute of Braganca
  • 年月日: 20110603-06
• [学会発表] Analysis of ciliary motion and fluid flow on the surface of tracheal cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno
  • 学会等名: Workshop of Microscale Modeling in Biomechanics and Mechanobiology
  • 発表場所: Hotell Vila Gale, ericeria, Portgal
  • 年月日: 20110530-0601
• [学会発表] Dynein generates force by winch mechanism (2010)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno
  • 学会等名: ESF-EMBO,(Emergent Propertis of the Cytoskelton : Molecules to Cells)
  • 発表場所: Hotel Eden Roc, Sant Feliu de Guixols, Spain
  • 年月日: 20101003-08
• [学会発表] 大腸菌を用いたバイオマイクロミキサーの基礎研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松浦亮、石川拓司、上野裕則、今井陽介、松木範明、山口隆美
  • 学会等名: 第45回総会・講演会日本機械学会東北支部会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2010-03-12
• [学会発表] 共焦点マイクロPIVシステムによる大腸菌溶液のメゾスケール流動構造の計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田尚人、石川拓司、上野裕則、今井陽介、松木範明、山口隆美
  • 学会等名: 第45回総会・講演会日本機械学会東北支部会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2010-03-12
• [学会発表] Fluid flow analysis on the surface of tracheal ciliary cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno
  • 学会等名: International Dynein Workshop 2009
  • 発表場所: 神戸ファッション美術館オルビスホール
  • 年月日: 20091101-05
• [学会発表] Structural changes in dynein molecules accompanying force generation (2009)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno, Takuo Yasunaga, Chikako Shingyoji, Takami Yamaguchi and Keiko Hirose
  • 発表場所: アスティ徳島(徳島)
  • 年月日: 20091030-1101
• [学会発表] Dynein pulls microtubules without rotating its stalk (2009)
  • 著者名/発表者名: Hironori Ueno
  • 学会等名: ASME Summer Bioengineering Conference
  • 発表場所: Lake Tahoe, CA, USA
  • 年月日: 20090617-21
• [図書] ダイニン・微小管複合体の高分解能構造解析顕微鏡(特集:生体高分子の高分解能構造解析) (2009)
  • 著者名/発表者名: 広瀬恵子、上野裕則
  • 総ページ数: 93-97
• [備考] 研究室HP、プレスリリース関連
  • URL: http://www.pfsl.mech.tohoku.ac.jp/contents/press_ueno/ueno_press_jp.html
• [備考] 東北大学HP、プレスリリース
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2012/02/press20120213-03.html