培養領域の形状最適化に基づく細胞遊走能の制御法の確立

基于培养区形状优化的细胞迁移能力控制方法的建立

• 批准号: 22K14202
• 负责人: 宮廻 裕樹
• 金额: $ 3万
• 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: 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14202/
• 关键词: 細胞遊走; 細胞配向; エネルギー最適化; 周期構造; 形状最適化; アクティブ流体

本研究の目的は，周期的な微細構造パターン上を遊走する紡錘形細胞集団の遊走現象を系統的に計算する手法を確立し，微細構造の最適化による細胞遊走の制御を実験的に実現することである．本年度は，遊走現象の計算に必要である周期構造上の紡錘形細胞の配向場や配向に伴う流体場の計算方法についての基礎理論の構築と細胞培養実験による原理検証を行った．基礎理論の構築では，研究代表者による先行研究の結果を拡張し，周期境界を表す等角写像を用いることによって周期構造上の細胞配向場を陽に記述する計算法を構築した．得られた細胞配向場の公式から弾性エネルギーを最適化することによって，与えられた微細周期構造パターンに対するエネルギー最適な細胞配向場を得ることができた．様々な周期構造に対して最適な配向場を計算したところ，周期構造の形状によってはエネルギーが極小となる配向パターンだけでなく，エネルギー曲面の鞍点に対応する配向パターンが存在することや，鞍点を経由してエネルギーが最小化するように細胞配向場が変化する場合があることを示した．以上の計算結果が細胞培養環境で再現するかを確認するため，細胞培養実験による検証を行った．周期構造を持つPDMS構造体上でマウス筋芽細胞（C2C12）を培養し，インキュベーター内での長時間タイムラプス観察を行って細胞の増殖や配向場の変化を観察した．その結果として，周期構造上で観察された細胞は数値計算で予測された配向パターンをとる傾向が高いことが分かり，数値計算による予測の妥当性を確認することができた．

は の purpose, this study cycle な fine-structure パ タ ー ン を wander on す る spindle cell set 団 の に calculation of phenomenon を system す る を established し, fine structure の optimization に よ る cell wandering の suppression を be 験 of に be presently す る こ と で あ る. This year は wander phenomenon の computing に necessary で あ る cycle structure on の の spindle cells with や to field to に with う に の fluid field calculation method つ い て の basic theory の build と cell culture be 験 に よ る principle 検 line card を っ た. Basic theory の build で は, the representatives に よ る の leading research results を company, zhang し, periodic boundary を table す isometric write like を use い る こ と に よ っ て cycle structure on の cells with account to field を Yang に す る を calculation method of constructing し た. Match to the field to ら れ た cells の formula か ら 弾 sex エ ネ ル ギ ー を optimization す る こ と に よ っ て, with え ら れ た imperceptible cycle structure パ タ ー ン に す seaborne る エ ネ ル ギ ー optimum な を cells to match to the field to る こ と が で き た. Others 々 な cycle structure に し seaborne て optimum な for computing the field を し た と こ ろ, periodic structure shape の に よ っ て は エ ネ ル ギ ー が tiny と な る match to パ タ ー ン だ け で な く, エ ネ ル ギ ー surface の saddle point に 応 seaborne す る match to パ タ ー ン が exist す る こ と や, Saddle point を 経 by し て エ ネ ル ギ ー が minimize す る よ う に が cells to match to the field - the す る occasions が あ る こ と を shown し た. The above <s:1> calculation results が the cell culture environment で reproduces する を を confirms するため, and the cell culture experiment による検 certificate を is approved った. Cycle structure を hold つ PDMS on で マ ウ ス reinforcement (C2C12) を cultivate し bud cells, イ ン キ ュ ベ ー タ ー within で の long タ イ ム ラ プ ス 観 examine を line っ て cells の raised colonization や の match to the field - the を 観 examine し た. そ の results と し て, periodic structure on で 観 examine さ れ た cells は the numerical computing で to さ れ た match to パ タ ー ン を と る high tendency が い こ と が points か り, the numerical calculation に よ の る to test adequacy を confirm す る こ と が で き た.

项目成果

周期構造上のネマチック液晶理論に基づく細胞配向制御

基于周期性结构向列液晶理论的单元取向控制

• 发表时间: 2023
• 作者: 松田 直樹;宮廻 裕樹;坂上 貴之;奈良 高明
• 通讯作者: 奈良 高明

Predictive Design of Orientational Order in Confined Active Nematic Materials

受限活性向列材料中取向顺序的预测设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroki Miyazako;Kohei Tsuchiyama;Takaaki Nara
• 通讯作者: Takaaki Nara