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

生物组织形态发生中细胞迁移引起的组织流动现象的连续力学建模

基本信息

批准号：
22KJ2231
负责人：
竹田宏典
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Kobe University
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 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．

这项研究旨在构建一个数学模型，该模型表达与细胞迁移相关的组织的流体特性，并在微观细胞变形和宏观组织变形的空间尺度上构建数学模型。在2022年，我们着眼于观察到细胞迁移时观察到的细胞膜的突出形状，并随着膜面积的增加而使用去年构建的等码计分析方法来模拟细胞膜的突出形状。结果，据揭示了突出的模式，如在实际的细胞膜上观察到的，形成了Stubby，Filopodia和蘑菇形，具体取决于膜区域的空间分布。在细胞膜的变形中，有必要考虑细胞膜从细胞内部和外部的环境产生的影响。因此，假设细胞膜受到粘性抗性，我们开发了一种新的数值方法，用于在粘性流体中变形薄膜。为了分析粘性流体中薄膜的变形，构建了一种新的分析方法，该方法结合了均应分析方法和边界积分方法。该方法是一种用途广泛的方法，用于解决薄膜和粘性流体的流体结构耦合问题。使用此方法，我们分析了简单剪切流中胶囊的变形，这是流体结构耦合问题的代表性示例。在这里，我们专注于胶囊表面上发生的皱纹，并研究了以前研究很难做到的皱纹形状的细节，以获得新的发现。此外，由于粘性流体的表面膨胀，该方法用于细胞膜的变形，并进行了分析。