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任意形状の細胞集団の動態を記述可能な数理モデルの開発

开发可以描述任意形状细胞群动态的数学模型

基本信息

批准号：
20K14424
负责人：
舘野道雄
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までの研究により、細胞極性の連続体モデル(質量保存型の反応拡散系、MCRD)が保存系の相分離に類似したパターン形成や相図を示すこと、また、この系に界面張力的な量が存在し、これがパターンの粗大化のダイナミクスを制御することを示した。この相分離的な挙動の背後にある物理的なメカニズムをミクロな観点から理解することを最終的な目標に、今年度は対応する粒子モデルの開発を試みた。MCRDの化学反応モデルとして、数理な解析が比較容易な化学種が数個のものが複数提案されているが、これらは系がパターンの粗大化を示すように発見的に構築されたモデルであるため、粒子レベルの反応経路は明らかではない。他方で、細胞極性を制御するタンパク質の化学反応ネットワークについては、化学種や反応係数も含め、実験的に詳細に調べられている。既存研究により、この実験結果を精密に取り入れた粒子シミュレーションがMCRDに見られるパターン形成を再現することが報告されている。しかしながら、これらのモデルの煩雑性のため(十以上の化学種の時間発展を同時に取り扱う必要がある)パターン形成の鍵となる物理因子を特定するには至っていない。以上のことを受けて、我々はMCRDの特徴を取り込んだ出来るだけシンプルな反応系として、２次反応以下・３成分の粒子レベルの反応系を考案した。この反応系を、ブラウン動力学法と event-driven 法をハイブリットさせた反応拡散系の粒子モデルに適用し、単純な問題として化学種の拡散係数が一定である場合の挙動を調べた。その結果、マクロな化学場の緩和過程が、既存のMCRDの連続体モデルに見られる典型的な力学系を定性的に再現することが分かった。

In the past year's research, the polar linkage of cells (mass preservation type reverse dispersion system, MCRD), phase separation of preservation system, phase formation and phase separation were shown. The physics behind this phase separation is to understand the ultimate purpose of this phase separation. MCRD's chemical reactions are relatively easy to analyze mathematically. Chemical species are several kinds of molecules, and complex proposals are proposed. These molecules are coarsened, and the structures found in MCRD's chemical reactions are relatively easy to analyze mathematically. Other aspects, cell polarity control, chemical reaction, chemical reaction coefficient, chemical reaction, chemical reaction The results of existing research are accurately captured and reported in the form of MCRD. The time evolution of more than ten chemical species is necessary to determine the physical factors that form the bonds. The characteristics of MCRD are studied in detail. The reaction system of MCRD is composed of three components, namely, the second order reaction and the third order reaction. The kinetic method and event-driven method of the reaction system are suitable for the particle dispersion of the reaction system. The kinetic method and event-driven method are suitable for the pure problem and the dispersion coefficient of the chemical species are constant. As a result, the relaxation process of chemical field and the qualitative reproduction of typical mechanical system of existing MCRD can be seen.

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Surface-tension-driven coarsening in mass-conserved reaction-diffusion systems

质量守恒反应扩散系统中表面张力驱动的粗化

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
arXiv
影响因子：
0
作者：
Tateno Michio;Ishihara Shuji
通讯作者：
Ishihara Shuji

最新の研究　ネットワーク状の相分離構造の新たな成長則を発見

最新研究：发现网络状相分离结构的新生长定律

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

舘野道雄、石原秀至、田中肇

馆野道夫、石原英志、田中肇

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
運動量保存則とブラウン粒子からなる液滴の熱運動
通讯作者：
運動量保存則とブラウン粒子からなる液滴の熱運動

舘野道雄、石原秀至

馆野道夫、石原英志

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Leilee Chojnacki;Rico Pohle;Han Yan;Yutaka Akagi;and Nic Shannon;Nomura Yusuke;質量保存を満たす反応拡散系にみられる相分離的な挙動
通讯作者：
質量保存を満たす反応拡散系にみられる相分離的な挙動

Interfacial-curvature-driven coarsening in mass-conserved reaction-diffusion systems

质量守恒反应扩散系统中界面曲率驱动的粗化