3D形態形成を記述するActive Nematicモデル構築-細胞性粘菌を例に

描述 3D 形态发生的主动向列模型构建 - 以细胞粘菌为例

• 批准号: 22KJ0754
• 负责人: 西川 星也
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0754/
• 关键词: 細胞性粘菌; 3D形態形成; 連続体モデル; Active Nematics; 定量生物学

本年度は最初に、細胞性粘菌の立体的な組織形成についてwettingに基づき熱力学的な解析を行なった。その結果、半球状に集積した細胞集団が柄を中心にして球状になり、さらには柄の進展にともない組織が持ち上がることが可能となるパラメータ領域が存在することを明らかにした。この結果は、細胞性粘菌による子実体の形成が表面張力様に働く力によって駆動される可能性を示唆している。上記の熱力学的な解析では、組織の変形が正しく行われ得ることは示すことができるが、細胞集団の運動や組織の形のダイナミクスを解析することができない。そこで、細胞集団によって構成される組織の形を位相場で、組織の局所的な変形を速度場で表す数理モデルを構築した。熱力学的な解析の知見に基づき、基質に接着した細胞の収縮力と組織の表面に働く表面張力、柄が組織を押す力を導入することによって、細胞性粘菌の立体的な組織形成を定性的に説明できることを明らかにした。基質に接着した細胞の収縮力や柄が組織を推す力はwettingに基づく解析では場所ごとの濡れ性に対応するため、この結果は熱力学的な解析と定性的に一致している。理論計算と並行して、実験結果の定量的な解析のための手法確立にも着手した。具体的には複雑な組織内の細胞集団の運動を速度場として取得するために、PIV法の改良を行なった。最適輸送理論を用いたPIVを構築した結果、通常のPIVと同様の速度場が算出可能であることと、局所的な変形の大きさの定量化が可能なことが確認できた。

This year, the analysis of basic thermodynamics of cellular fungi and their three-dimensional tissue formation was carried out. The result is that the hemispheric aggregation of cells is centered on the spherical aggregation of cells, and the spatial aggregation of cells is centered on the spherical aggregation of cells. The results show that the formation of cellular myxomycetes is possible due to surface tension. The above thermodynamic analysis shows that the shape of the tissue is correct, and the shape of the tissue is correct. The phase field of tissue shape, the velocity field of tissue shape and the mathematical structure of tissue shape are constructed. Thermodynamic analysis of the basic, matrix, adhesion of cells, surface tension of tissues, adhesion of tissues, introduction of forces, and qualitative description of cellular slime forms. The force of contraction of the matrix and the force of organization of the matrix are consistent with the analytical and qualitative results of thermodynamics. Theoretical calculation and quantitative analysis of results are established. The improvement of the PIV method is based on the acquisition of velocity fields of cellular aggregates in complex tissues. The optimal transport theory is used to construct the results, calculate the velocity field of the PIV, and quantify the shape of the PIV.

项目成果

Continuum model for analyzing mechanical properties of Dictyostelium fruiting-body development

分析盘基网柄菌子实体发育力学特性的连续体模型

• 发表时间: 2022
• 作者: Seiya Nishikawa;Satoshi Kuwana;Hidenori Hashimura;Satoshi Sawai;Shuji Ishihara
• 通讯作者: Shuji Ishihara