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

基本信息

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

项目摘要

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.

使用直到上一年构建的细胞力学模型，我们进行了1。对肌动蛋白丝束结构的初始张力和初始定向角的拉伸测试模拟，当单轴扩展应变应用于粘附底物时，细胞变形模拟了。在1.中，结果表明，随着肌动蛋白丝束结构的初始张力的增加，整个细胞的幼小模量增加。此外，发现整个细胞的初始刚度随着肌动蛋白丝的束结构在细胞的张力方向方向而定，整个细胞的初始刚度越增加。这揭示了细胞骨架的初始状态的影响，由于与弹性变形相关的细胞骨架对整个细胞的机械性能的重塑而变化。在2.中，基于上一年构建的细胞力学模型，我们构建了一个由细胞膜和肌动蛋白丝组成的胶结结构的粘合剂细胞模型，当粘合剂底物用单轴扩展菌株加载时，进行了细胞变形的模拟。结果，据表明，由粘合剂底物上延伸应变引起的细胞膜的第一个主要应变的大小取决于细胞在细胞延伸方向上的方向。这表明，在研究延伸到底物时细胞功能变化的实验中，有必要考虑细胞的方向。从以上，本研究开发的细胞力学模型提供了通过细胞变形与机械性能和内部结构之间的物理关系进行的各种细胞力学实验的综合解释，并且认为这将导致细胞重塑现象的阐明。