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

活性物质物理学关于细胞骨架和细胞的模式形成及其功能

基本信息

批准号：
22K14017
负责人：
多羅間充輔
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

由于其运动能力，主动物质形成了各种模式，其自组织结构是表达高阶功能的平台。在众多的生命现象中发现了活性物质的特定例子，这些现象在控制方面较差，但除了使用胶体颗粒和液滴的物理，化学或工程人工系统外，还有神秘的和迷人的许多研究人员，这些研究人员是在非平衡条件下实现的，这些系统允许精确控制。自组织结构的功能表达在生活现象中起重要作用。微生物分子的细胞骨架会自组织细胞尺度结构并表达机械功能。另外，细胞通过控制构成自己细胞的这些细胞骨架结构的动态功能来实现宏运动。此外，复杂的生物学功能也表现出来，例如细胞之间的运动和细胞骨架结构的配位，以及较大规模生物组织的发展。在这项研究中，我们从以下两种方法的活性物理学的角度探索了生物学现象和生物动力学的分层结构的普遍原理和生物动力学的分层结构。今年，我们能够在论文中为每项项目编译我们的研究结果，并在学术期刊中介绍。项目1：我们将阐明高阶结构形成的原理，其中细胞骨架自组织及其动态功能表达的机制。项目2：开发细胞动力学模型将阐明细胞相互交互并分组移动时细胞形成的动态结构的表达原理。