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2016 年度 実績報告書

細胞分裂を伴う腫瘍成長の流体力学的シミュレーション

研究課題

研究課題/領域番号 26610131
研究機関京都大学

研究代表者

山本 量一  京都大学, 工学研究科, 教授 (10263401)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードシミュレーション / 細胞分裂 / 腫瘍 / 生体組織 / アクティブマター
研究実績の概要

再生医療の様な最先端の医学・生物学が対象とする複雑な問題に対して,物理学的な視点から矛盾のないモデルを構築し,計算機シミュレーションで定量的に正しい予測が得られる日は来るだろうか?現状の計算機とモデリング技術では全く歯が立たないが,そう遠くない未来にこれを実現できるよう,世界に先駆けて計算科学のフロンティアを前進させることには大きな意義がある.我々は,ソフトマターに対して成功を納めたモデリング手法を発展させ,生体細胞や生体組織に対して有効なモデリング手法を構築し,現実的な具体例への適用を目指した.生体組織では細胞分裂や細胞遊走などにより能動的に内部応力が発生し,自発的な組織の成長・修復・変形が長い時間スケールで起こる.また,細胞分裂や細胞遊走の起こる確率はマクロな外力や変形に強く依存する.
細胞分裂より長い時間スケールで起こる生体組織の成長や変形という問題を扱うためには細胞分裂という通常の物質にはないアクティブなプロセスのモデリングが鍵となる.現実の細胞は,細胞内部のアクチン・ミオシンによる伸張と収縮を周期的に繰り返して移動する.この機構で発生する力は内的なものであり,その総和はゼロでなければいけない.我々は,この様な内的な力の切り替えによる周期運動で移動する力学モデルを考えた.構築した遊走する細胞の力学モデルに対し,モデル細胞間の相互作用(排除体積+接着力+運動の接触阻止),更には細胞が分裂して増える機構を加えることで,自己複製・自己組織化する細胞集団のモデリングに成功した.我々のモデルは非常に単純であり,考慮されている機構が細胞の「自走性」と「接触阻害」のみであるにもかかわらず,現実の細胞系で観察される幾つかの特徴的な挙動によく似た特異な集団運動を再現することに成功した.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Simulations of model micro-swimmers with fully resolved hydrodynamics2017

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Oyama, John J. Molina, and Ryoichi Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: - ページ: -

    • DOI

      -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct numerical simulation of a single particle attachment on a stationary immersed bubble2016

    • 著者名/発表者名
      G. Lecrivain, R. Yamamoto, U. Hampel, and T. Taniguchi
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 28 ページ: 083301

    • DOI

      10.1063/1.4960627

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] The emergence of collective motion: from glass to biological systems2016

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Yamamoto
    • 学会等名
      CerSJ-GOMD Joint Symposium on Glass Science and Technologies
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-11-16 – 2016-11-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Collective Motion of Cells Crawling on a Substrate2016

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Yamamoto
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Molecular Simulation (ICMS2016)
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2016-10-23 – 2016-10-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 化学工学会2017

    • 著者名/発表者名
      山本量一、大山倫弘、John J. Molina、Simon K. Schnyder
    • 総ページ数
      -
    • 出版者
      ソフトマターのモデリング:非平衡系・生物系への挑戦
  • [図書] Chapter 8 of "Computer Simulation of Polymeric Materials: Applications of the OCTA System"2016

    • 著者名/発表者名
      John. J. Molina, Ryoichi Yamamoto
    • 総ページ数
      18
    • 出版者
      Springer

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公開日: 2018-01-16  

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