変形可能なアクティブマターにおける集団的秩序形成の数理的研究

可变形活性物质集体有序形成的数学研究

• 批准号: 21K03496
• 负责人: 斉藤 稔
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Hiroshima University (2022)Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03496/
• 关键词: アクティブマター; ソフトマター; 自己組織化; ジャミング; トポロジカル欠陥; 集団運動; 細胞遊走

細胞の集団運動は、鳥や魚の「群れ」の集団運動と同様、ある種のアクティブマターとみなすことができる。一方で、細胞の場合は、個々の細胞の形が変形しうるという点で従来のアクティブマター研究とは大きく異なる。 特に密な生体組織では細胞が力学的相互作用を通じ絶えず変形し、安定した発生や組織の恒常性が担われている。細胞変形という観点から細胞集団の秩序形成や生体組織の自己組織化を読み解くことは非常に重要な問題であり本研究の主要な目的である。前年度までに、変形可能な「ソフト」なアクティブマターの研究の基礎となるモデルを構築し、変形可能細胞を万オーダーの数で計算可能な計算フレームワーク開発することができた。このモデルを用いて、排除体積効果で相互作用する高密度の自己駆動細胞集団の解析をおこなったところ、細胞の柔らかさで固体-流体転移が起こることを発見した。この転移自体は先行研究においても報告されていたものであるが、さらに新規の液液相転移が起こることを確認した。この液液相転移では、細胞が大きく変形しながら流動化する相と、細胞が丸い形状を保ちなが ら流動化する相の間で転移が起こり、さらにこの転移はトポロジカル欠陥のパーコレーションで特徴づけられることも明らかにした。またKTHNY理論で現れるhexatic相も別個存在することも明らかにし、細胞変形によって非常に多様な液体相が現れることを示した。現在は論文を投稿中である。

The collective movement of cells, birds and fish is the same as that of the collective movement of birds and fish. A square, a cell's situation, a cell's shape, a point, a big difference In particular, the interaction between dense biological tissues and cells is a matter of stability and stability. The main purpose of this study is to solve the problem of cell formation and self-organization. In the previous year, the foundation and framework for the research on transformation possibilities were built, and the number of transformation possibilities cells in tens of thousands of computing possibilities were developed. The solid-fluid migration of cells occurs when the volume of the cells is excluded from the interaction between the cells and the solid-fluid interaction. This is the first time that a new method of liquid phase migration has been developed. The liquid phase shifts, the cells change shape, the phases change, the phases change, the phases change. KTHNY theory shows that there are many different kinds of liquid phases in the cell. Now I'm writing a paper.

项目成果

変形可能なアクティブ粒子集団におけるジャミング現象

可变形活性粒子群中的干扰现象

• 发表时间: 2022
• 作者: 斉藤稔;石原秀至
• 通讯作者: 石原秀至

細胞運動動態の機械学習解析と数理モデリング

细胞运动动力学的机器学习分析和数学建模

• 发表时间: 2023
• 作者: Isayama S.;Takahashi K.;Matsukiyo S.;Sano T.;斉藤稔
• 通讯作者: 斉藤稔

接着力を取り入れたアクティブブラウン粒子モデルによる細胞集団運動のモデル化

使用结合粘附力的活性布朗粒子模型模拟细胞集体运动

• 发表时间: 2022
• 作者: Sota Shimamura ;Nen Saito ;Shuji Ishihara
• 通讯作者: Shuji Ishihara

マクロピノサイトーシス動態の 3D 数理モデリング

巨胞饮动力学的 3D 数学模型

• 发表时间: 2022
• 作者: G. Rigon;B. Albertazzi;P. Mabey;Th. Michel;P. Barroso;A. Faenov;R. Kumar;C. Michaut;T. Pikuz;Y. Sakawa;T. Sano;H;Shimogawara;S. Tamatani;A. Casner;M. Koenig;西村征也;廣田 真;斉藤稔
• 通讯作者: 斉藤稔

変分オートエンコーダを用いた下顎骨形態の定量化

使用变分自动编码器量化下颌形态

• 发表时间: 2022
• 作者: Masato Tsutsumi;Nen Saito;Daisuke Koyabu;Chikara Furusawa
• 通讯作者: Chikara Furusawa