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本研究の目的は非細胞素材と相互作用する細胞の形態力学モデルを構成しシミュレーションすることで、どのような力学作用が素材を操作し、それはどのような発生現象と対応するか解析することにある。特に本研究提案では、針状の素材を複数の細胞が協同的に操作する現象を対象とし、その協同性の力学的起源を突き止めること目的とする。
本研究遂行のために、まず、安定な構造を保って運動する細胞集団をモデル化する必要がある。そこで本年度は、これまでに構築したポリゴン膜シミュレーターへ、動物の発生過程に対する観察から分類点整理された細胞および細胞間の力学作用である、(1)細胞極性、(2)方向性運動、(3)細胞接着、(4)極性制御モデルを導入し、複数のポリゴン膜を用いて表現した細胞集団がどのように振るまうか調べた。
特に、細胞間接着および細胞と基盤との接着の大きさをさまざまに変化させたシミュレーションより、細胞集団の形態が接着力の比率によりコントロールされることを示した。さらに、この細胞集団シミュレーションに針状の素材を導入し、細胞間接着力、細胞と基盤との接着力、細胞と針状素材との接着力の３種類の力の大きさを変化させ、細胞集団がどのように針状素材を集団で把持しうるか調べた。その結果、細胞間接着がある程度の大きさを保った条件下で、細胞基盤接着と細胞針接着の力の比率が細胞集団による安定な針状素材の把持に重要であることを見出した。
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