内部構造を考慮した細胞力学モデルの構築と細胞骨格のリモデリングの解明

考虑内部结构的细胞力学模型的构建和细胞骨架重塑的阐明

• 批准号: 09J01007
• 负责人: 氏原 嘉洋
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J01007/
• 关键词: 細胞バイオメカニクス; 細胞力学モデル; リモデリング; 細胞骨格; 力学的特性; 細胞膜; シミュレーション; アクチンフィラメント; ストレスファイバ; アクチンネットワーク; 引張特性; 圧縮特性

前年度までに構築した細胞力学モデルを用いて,本年度は,1.アクチンフィラメントの束構造の初期張力や初期配向角を様々に変化させた細胞の引張試験シミュレーション,2.接着基材に単軸伸展ひずみを負荷したときの細胞の変形シミュレーション,を行った.1.では,アクチンフィラメントの束構造の初期張力が大きくなるにしたがって,細胞全体のヤング率が増大することを示した.また,アクチンフィラメントの束構造が,細胞の引張方向に配向しているほど,細胞全体の初期スティフネスは増大することが分かった.以上により,弾性変形に伴う細胞骨格のリモデリングによって変化する細胞骨格の初期状態が,細胞全体の力学的特性に及ぼす影響を明らかにした.2.では,前年度までに構築した細胞力学モデルを基にして,細胞膜とアクチンフィラメントの束構造からなる接着細胞モデルを構築し,接着基材に単軸伸展ひずみを負荷したときの細胞の変形シミュレーションを行った.その結果,接着基材への伸展ひずみ負荷に伴って生じる細胞膜の第一主ひずみの大きさは,細胞の伸展方向に対する細胞の配向方向に依存することを明らかにした.このことから,基材に伸展を与えた際の細胞機能変化を調べるような実験においては,細胞の配向を考慮して解析を行う必要があることが示唆された.以上より,本研究で開発した細胞力学モデルは,細胞の変形と力学的特性および細胞内部構造との物理関係を介して,これまで行われてきた様々な細胞力学実験に対して統合的な解釈を与えるものであり,細胞のリモデリング現象の解明につながるものと考えられる.

In the past year, the construction of cell mechanics was carried out. In this year, 1. the initial tension and initial alignment angle of bundle structure were changed. 2. the tensile test of cells was carried out. 1. the tensile test of cells was carried out. The initial tension of the bundle structure increases, and the growth rate of the whole cell increases. The bundle structure of the cell is aligned in the direction of cell extension, and the initial growth of the whole cell is increased. 2. In the previous year, the cellular mechanics of the cell was constructed based on the structure of the bundle of the cell membrane, and then the cellular mechanics of the cell was constructed based on the structure of the bundle of cell membranes. Then, the substrate was stretched and the cell was deformed. As a result, the first major component of the cell membrane, which is dependent on the orientation of the cell, is the extension of the substrate. The cell orientation is considered necessary for analysis. As mentioned above, this study has opened up the study of cell mechanics, cell shape and mechanical characteristics, and cell internal structure and physical relations.

项目成果

線維芽細胞の引張特性に及ぼすストレスファイバーの影響

应力纤维对成纤维细胞拉伸性能的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: 松田翔悟;氏原嘉洋;宮崎浩;和田成生
• 通讯作者: 和田成生

Effects of the initial orientation of actin fibers on global tensile properties of cells

肌动蛋白纤维初始取向对细胞整体拉伸性能的影响

• 发表时间: 2010
• 期刊: Journal ofBiomechanical Science and Engineering
• 作者: Yoshihiro Ujihara;Masanori Nakamura;Hiroshi Miyazaki;Shigeo Wada
• 通讯作者: Shigeo Wada

細胞骨格(アクチンファイバ)の初期ひずみが細胞の引張特性に及ぼす影響

细胞骨架（肌动蛋白纤维）初始应变对细胞拉伸性能的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: 氏原嘉洋;中村匡徳;宮崎浩;和田成生
• 通讯作者: 和田成生

肺組織内に存在する細胞の変形解析

肺组织细胞的变形分析

• 发表时间: 2011
• 作者: 曽我匡統;中村匡徳;氏原嘉洋;和田成生
• 通讯作者: 和田成生

How do actin bundles affect tensile stiffness of whole cells?

肌动蛋白束如何影响整个细胞的拉伸刚度？

• 发表时间: 2010
• 作者: 氏原嘉洋;中村匡徳;宮崎浩;和田成生
• 通讯作者: 和田成生