溶融高分子の内部において分子鎖が形成するからみあい構造のダイナミクス解析

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組織・器官の形態形成は、多細胞集団が自律的な秩序を形成する過程であり、この過程では、細胞レベルの力学的挙動が極めて重要な働きをしている。すなわち、この形態形成過程では、細胞の変形や配置替え、増殖、頂端面の収縮などの細胞活動の力学作用、および、多細胞間の力学相互作用が重要な役割を担っている。本研究は、前年度までに構築した高分子レオエロジーのための数理モデルのフレームワークを応用し、多細胞レベルの力学作用を考慮した組織形態形成の数理モデルを構築した。そして、数値シミュレーションを行うことにより、細胞レベルの力学作用が、空間スケールを超えた組織レベルの形態形成過程に及ぼす影響を多細胞バイオメカニクスの観点から検討した。組織の形態形成に伴う複雑な変形過程を多細胞レベルから解析するため、粒子系モデルを基本とした三次元頂点モデルを発展させ、リバーシブル・ネットワーク・リコネクション(RNR)モデルを新たに構築した。このRNRモデルでは、ネットワークトポロジー・細胞形状・エネルギーが可逆となるように細胞の配置換えのルールを改良し、組織の大変形過程の解析を可能にした。重要な細胞活動の一つである細胞増殖が組織の形態形成に及ぼす影響を解析するため、RNRモデルを枠組みとした細胞増殖の数理モデルを構築した。このモデルを用いた数値シミュレーションにより、細胞成長・細胞分裂の振る舞いが、組織の形態形成過程に及ぼす影響の解析を可能にした。以上、本研究は、組織の形態形成過程の幅広い力学作用を捉えることにより、多細胞バイオメカニクスに対する新たな知見を提供するものである。