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3D計測・制御プラットフォ ームによる気管支分岐形成メカニズム解析

萩原 将也

川原 知洋

組織の自律形成システムの解明を行う上で,培養環境を定量的に時空間制御し,かつ形態形成の過程を高解像に計測するin vitro実験系は非常に重要である一方,三次元培養における場の制御と計測を同時に満たす実験系は確立されていない.特に組織サイズの試料における計測は,二光子顕微鏡を用いても10倍程度の低倍レンズではその焦点深度の深さから,厚み方向の解像度が大きく劣化する問題がある.さらに細胞培養においては,実験のバラつきによる結果の再現性の低さが数理モデルの検証において大きな障害となっていた.そこで本研究課題では,1) 工学的に細胞の初期濃度分布を制御し実験時に発生しがちなノイズを抑えることで,実験再現性を大幅に高め,2)培養空間において特定分子の濃度勾配を制御し,3)組織サイズ(~数mm)の生体試料を1mm以上の超深部まで高解像度で観察可能なin vitro計測・制御プラットフォームを構築することを目的とし,実際に気管支分岐の誘導を達成することで本プラットフォームの有用性を示す.

工学的実験手法を用いて培養環境を制御する技術を確立することにより,実験時に発生しがちなノイズを抑え再現性の高い実験系を構築することができる.これにより気管支分岐形成に限らず,実験と数理モデルとの整合性を大幅に高め,数理モデルの可能性を最大限引き出すことができるようになるため,3D形態形成ロジックの解明に貢献することが可能である.さらに培養Cubeを用いてマイクロ流体チップの実験手順の煩雑さをなくすことにより,生物研究者にとっても簡便に扱えるデバイスにし,汎用性を飛躍的に高める.本研究課題において提案するプラットフォームは,既存の顕微鏡システムがそのまま活用できることが大きな特徴であり,三次元培養が必要ないかなる細胞組織に対しても適応可能であることからも本研究領域における全ての研究に対して大きく貢献可能である.

秋山グループと,2次元制御下において得られた細胞行動データを用いて,上皮細胞集団行動モデルの構築を行っている.また,松野グループにて必要な三次元イメージング精度を上げる為のデバイス開発を行なっている.