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2022 年度 実績報告書

三次元多細胞組織のアクティブな機械特性とその適応的な制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H01209
配分区分補助金
研究機関金沢大学

研究代表者

奥田 覚  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (80707836)

研究分担者 岡本 和子  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任助教 (40710265)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード生体力学
研究実績の概要

多細胞から成る器官の形成過程は,ミクロな分子・細胞レベルの力発生により駆動される動的な変形過程であり,マクロな組織レベルにおいて頑強に制御されている.この力学過程の頑強性は正常な胚発生や代謝を実現し,また,その破綻は先天性奇形や腫瘍などの疾患を引き起こす.近年,器官形成の力学過程において,アクトミオシン等による分子・細胞レベルのアクティブな力発生が注目されている.特に,個々の分子・細胞の力発生は,多数の分子間・細胞間の相互作用を介して時空間的に協調し,マクロな組織の機械特性をダイナミックに変化させる.一方で,組織の機械特性の異常は,器官の発生異常や機能不全を引き起こす.そのため,頑強な器官形成では,発生過程の進行に伴う力学場の変化に応じて,マクロな組織変形がミクロな分子・細胞の動態へフィードバックされ,組織の機械特性が適応的に制御されていると考えられる.そこで本研究では,三次元多細胞組織のアクティブな機械特性とその適応的な制御機構を明らかにすることを目的とする.
本年度は,昨年度に最適化された培養条件、サイズ、組成が一様な立体組織を用いて、組織の弾塑性を定量的に計測した。また,昨年度に開発した評価関数と画像解析技術を用いて、顕微鏡観察で得られた画像データから,組織や細胞の変形量を定量化した。さらに、細胞骨格を標識し、力学的な摂動下におけるアクチン細胞骨格の空間分布や時間変化を観察した.加えて,アクチン細胞骨格に関連する因子を阻害し、アクチン細胞骨格の制御が組織の弾塑性に果たす役割を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の予定通り、立体培養組織を対象として力学試験を実施し、機械特性の定量化に成功した。

今後の研究の推進方策

昨年度までに準備を整えた力学試験と解析手法をさらに利用し、三次元多細胞組織のアクティブな機械特性と力学環境に対する応答性、特に、機械特性の制御のカギとなるアクチン細胞骨格を制御する上流の制御機構を明らかにする.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Long-term adherent cell dynamics emerging from energetic and frictional interactions at the interface2023

    • 著者名/発表者名
      Okuda Satoru、Hiraiwa Tetsuya
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 107 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.107.034406

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Continuum modeling of non-conservative fluid membrane for simulating long-term cell dynamics2022

    • 著者名/発表者名
      Okuda Satoru、Sato Katsuhiko、Hiraiwa Tetsuya
    • 雑誌名

      The European Physical Journal E

      巻: 45 ページ: 69

    • DOI

      10.1140/epje/s10189-022-00223-0

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Polarized interfacial tension induces collective migration of cells, as a cluster, in a 3D tissue2022

    • 著者名/発表者名
      Okuda Satoru、Sato Katsuhiko
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 121 ページ: 1856~1867

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2022.04.018

    • 査読あり
  • [学会発表] Elastic-Plastic Transition in the Mechanical Response of Ep-ithelium2023

    • 著者名/発表者名
      Aki Teranishi, Satoru Okuda
    • 学会等名
      RIKEN BDR Symposium 2023 Transitions in Biological Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] 組織切片のAFM計測による生きた胚内部の弾性率マッピング2022

    • 著者名/発表者名
      詩丘伊月, 奥田覚
    • 学会等名
      第33回 バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] 多細胞ダイナミクスの汎用的計算手法: 3Dバーテックスモデルと非保存流体膜モデル2022

    • 著者名/発表者名
      奥田覚
    • 学会等名
      ソフトバイオ研究会2022
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanical plasticity of epithelium for progressing morphogenesis2022

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda
    • 学会等名
      New Frontiers in Developmental Biology; Celebrating the Diversity of Life
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computational simulations of cell and tissue dynamics2022

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda
    • 学会等名
      Computational Biophysics of Atomic Force Microscopy A Lecture-based Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 上皮組織の適応的な曲げ特性とその分子制御機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      寺西亜生, 奥田覚
    • 学会等名
      日本機械学会 2022年度年次大会
  • [学会発表] 3Dバーテックスモデルによる上皮層形成の力学機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      深町崇耶, 奥田覚
    • 学会等名
      日本機械学会 2022年度年次大会
  • [学会発表] 界面張力の不均一性・ゆらぎ・非対称性が引き起こす多細胞の集団運動2022

    • 著者名/発表者名
      奥田覚
    • 学会等名
      ゆらぎ界面研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Single cell-based modeling of multicellular dynamics in three dimensions2022

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda
    • 学会等名
      The 9th World Congress of Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] Collective migration of cells as a sheet and cluster in 3D space2022

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda
    • 学会等名
      the 9th World Congress of Biomechanics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 極性化した界面張力が引き起こす多細胞のクラスター運動の力学機構2022

    • 著者名/発表者名
      奥田覚
    • 学会等名
      日本機械学会 第34回バイオエンジニアリング講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanics of Epithelial Stratification:Numerical Simulations Using a 3D Vertex Model2022

    • 著者名/発表者名
      Shuya Fukamachi, Satoru Okuda
    • 学会等名
      The 55th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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