Active matter physics on pattern formation and its function of cytoskeleton and cells

アクティブマターはその運動能ゆえにさまざまなパターンを形成し、その自己組織化構造は高次機能の発現プラットフォームとなる。アクティブマターの具体例は、多くの場合精確な制御が可能となる非平衡条件下に置かれたコロイド粒子や液滴などを用いて実現した物理的、化学的、または工学的な人工系の他に、制御の点では劣るものの神秘的であり多くの研究者を魅了してやまない数多の生命現象に見出される。自己組織化構造の機能発現は生命現象において重要な役割を担う。ミクロな生体分子である細胞骨格は細胞スケールの高次構造を自己組織化し、力学機能を発現する。 また、細胞は、自身を構成するこれらの細胞骨格構造の力学機能を制御することで、マクロな運動を実現する。さらに、細胞間で運動や細胞骨格構造が協調し、より大きなスケールの生体組織の発生が正確に行われるなど、複雑な生命機能が発現する。 本研究では、特に次のふたつのアプローチにより、アクティブマター物理学の視点から、生命現象の背後に潜む普遍原理と、細胞骨格ー細胞ー生体組織のスケールを縦断する生体ダイナミクスの階層構造を探求する。本年度は各の項目について、それぞれこれまでの研究成果を論文にまとめ、学術雑誌に発表することができた。項目１：細胞骨格が自己組織化する高次構造の形成原理とその力学機能発現メカニズムを解明する。項目２：細胞が互いと相互作用しながら集団で運動するときに形成する動的構造の発現原理を、細胞の力学モデルを発展させて明らかにする。

アクティブマターはその運動能ゆえにさまざまなパターンを形成し、その自己組織化構造は高次機能の発現プラットフォームとなる。アクティブマターの具体例は、多くの場合精確な制御が可能となる非平衡条件下に置かれたコロイド粒子や液滴などを用いて実現した物理的、化学的、または工学的な人工系の他に、制御の点では劣るものの神秘的であり多くの研究者を魅了してやまない数多の生命現象に見出される。自己組織化構造の機能発現は生命現象において重要な役割を担う。ミクロな生体分子である細胞骨格は細胞スケールの高次構造を自己組織化し、力学機能を発現する。 また、細胞は、自身を構成するこれらの細胞骨格構造の力学機能を制御することで、マクロな運動を実現する。さらに、細胞間で運動や細胞骨格構造が協調し、より大きなスケールの生体組織の発生が正確に行われるなど、複雑な生命機能が発現する。 本研究では、特に次のふたつのアプローチにより、アクティブマター物理学の視点から、生命現象の背後に潜む普遍原理と、細胞骨格ー細胞ー生体組織のスケールを縦断する生体ダイナミクスの階層構造を探求する。本年度は各の項目について、それぞれこれまでの研究成果を論文にまとめ、学術雑誌に発表することができた。項目１：細胞骨格が自己組織化する高次構造の形成原理とその力学機能発現メカニズムを解明する。項目２：細胞が互いと相互作用しながら集団で運動するときに形成する動的構造の発現原理を、細胞の力学モデルを発展させて明らかにする。