細胞社会は互いのコミュニケーションをどのようにとっているか：複雑系の視点

细胞社会如何相互沟通：复杂系统的视角

• 批准号: 21K12651
• 负责人: 岸本 聡子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Dokkyo Medical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12651/
• 关键词: 創傷治癒; 細胞間コミュニケーション; 生体シミュレーション; 炎症性サイトカイン; 細胞外マトリクス; 複雑系; マルチエージェントシミュレーション; 脂肪組織由来間質細胞

急性炎症における細胞の動きを観察するため、DsRed（間質細胞）とGFP（骨髄細胞）の2種類の蛍光が観察できるモデルマウスを作成し、time-lapse蛍光顕微鏡で撮影した。生理的体動（心拍や呼吸）や組織の乾燥による画像の乱れを取り除くため、吸引ポンプによるスタビライザーの導入や保湿した組織をスライドガラスに圧着させて乾燥を防ぐことで、数時間の撮影でも概ね安定して撮影できる条件を整えた。priming刺激直後から時間を区切って撮影した結果、骨髄細胞はその形を変形させながら遊走し、傷害刺激後24時間までに徐々に増加した。大小様々な集簇像も確認された。傷害刺激後数時間では、骨髄細胞と連動する間質細胞も見られた。今後、apoptosis cellを同時検出する実験系を構築し、これらの細胞の動きを詳細に理解する。また、昨年度開発した生体シミュレーションを用いて、急性炎症における好中球swarming現象を模擬した。細胞の動き、サイトカインの放出と分解、細胞外マトリクス(ECM)の産生と分解などのパラメータをランダムで変化させ、好中球swarmingの制限ステップ内の成功率を計測した。このようなランダムパラメータの試行錯誤は、好中球swarmingを適応度と見做すダーウィン進化のモデルとなる。細胞自身がサイトカインを産生（シグナル増幅）する能力の有無、ECMの産生能力の有無、で4種類の条件に場合分けしたところ、細胞がサイトカインを受け取っていない時点の探索スピードが速ければ好中球swarmingの成功率が高くなった。昨年度開発した、サイトカインを時間微分と空間微分のどちらかで感知するアルゴリズムでも同じ結果だった。ECMの産生能力を付け加えると、適応度が低下した。今後は適応度の指標を異なるものに選択し、複数の細胞に異なるルールを与えるなどの条件で引き続きシミュレーションを実施する。

为了观察急性炎症期间的细胞运动，我们创建了一个可以观察两种荧光的小鼠模型，即 DsRed（基质细胞）和 GFP（骨髓细胞），并使用延时荧光显微镜对它们进行成像。为了消除生理身体运动（心跳和呼吸）和组织干燥引起的图像干扰，我们引入了使用抽吸泵的稳定器，将湿润的组织压在载玻片上以防止干燥，即使在为几个小时的稳定拍摄创造了条件。从启动刺激后立即开始每隔一段时间拍摄成像图像，结果显示骨髓细胞在改变形状的同时迁移，并在损伤刺激后24小时内数量逐渐增加。还确认了各种大小的分组雕像。损伤后数小时内还观察到与骨髓细胞相关的间质细胞。未来，我们将建立一个实验系统来同时检测凋亡细胞并详细了解这些细胞的运动。我们还使用去年开发的生物模拟来模拟急性炎症期间的中性粒细胞聚集现象。我们随机改变细胞运动、细胞因子释放和降解以及细胞外基质（ECM）产生和降解等参数，并测量中性粒细胞聚集限制步骤内的成功率。这些随机参数的反复试验成为达尔文进化论的模型，将中性粒细胞集群视为适应性。当我们根据细胞本身是否具有产生细胞因子的能力（信号放大）以及是否具有产生ECM的能力将病例分为四种情况时，我们发现，如果细胞不具有产生细胞因子的能力，那么搜索速度就快。先接收细胞因子，然后接收中性粒细胞 增加蜂群成功率。使用去年开发的算法获得了相同的结果，该算法使用时间或空间差异检测细胞因子。增加产生 ECM 的能力会降低适应性。未来，我们将继续在选择不同适应度指标、对多个单元应用不同规则等条件下进行模拟。