生体組織の形態形成において細胞移動から生じる組織流動現象の連続体力学モデリング

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は，細胞移動にともなう組織の流動的な性質を表現する数理モデルを構築することを目的とし，微視的な細胞の変形と，巨視的な組織の変形それぞれの空間スケールにおける数理モデルを構築する．細胞2022年度は，細胞が移動する際に観察される細胞膜の突出形状に着目し，昨年度に構築したアイソジオメトリック解析手法を用いて，膜面積の拡大にともなう細胞膜の突出の数値シミュレーションを行った．その結果，膜面積の拡大の空間分布に応じて，実際の細胞膜上で観察されるようなStubby形状やFilopodia形状，Mushroom形状といった突出パターンが形成されることを明らかにした．細胞膜の変形には，細胞膜が細胞内外の環境から受ける影響を考慮する必要がある．そこで，細胞膜が粘性抵抗を受ける状況を想定し，粘性流体中での薄膜の変形の数値計算手法を新たに開発した．粘性流体中での薄膜の変形を解析するため，アイソジオメトリック解析手法と境界積分法を組み合わせた新たな解析手法を構築した．本手法は，薄膜と粘性流体の流体―構造連成問題を解くための汎用性の高い手法である．本手法を用いて，流体―構造連成問題の代表例である単純せん断流れ中のカプセルの変形の解析を行った．ここで，カプセル表面に生じるシワに着目し，従来の研究では困難であったシワ形状の詳細を調べて新たな知見を得ている．また，粘性流体中での面拡大にともなう細胞膜の変形に本手法を適用し，解析を進めている．