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

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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。