細胞力学応答の測定と解析

　力学解析は、建物、橋梁、飛行機などの構造部品を設計および評価する際の一般的なエンジニアリング解析です。さらに近年、材料科学および生命科学の分野では、ナノスケールの対象物の力学特性を評価することが、構造や機能を理解するうえで重要です。例えば、がん細胞が転移する過程では、直径数nmのアクチンフィラメントによって生じる牽引力が細胞移動に関与します。このようなナノ牽引力誘発移動が続くと、がん細胞は最終的に血流やリンパの流れに乗って体内を転移します。悪性腫瘍は体内の様々な臓器に転移し、最終的にはがん患者の死につながる可能性があります。

　我々は、機械学習と原子間力顕微鏡の融合により細胞力学応答の高分解能解析技術を開発めざしています。一方、原子間力顕微鏡は、非常に敏感なカンチレバーを使用して、多様な材料表面における相互作用力自体を直接に測定します。ピコニュートンレベルの力は、ナノメートル以下の空間分解能で正確に測定することができます。これらの力学分布および大きさを理解することができれば、がん細胞の移動に必要な牽引力を低減させる新たな薬剤設計へ展開できる可能性があります。

助教 王　洪欣 HONGXIN Wang
研究キーワード バイオ分析化学、生物分析化学、生体力学、マイクロ臓器モデル
研究分野 ナノマイクロ科学分析化学生物物理学生体の構造と機能人間医工学
主な研究テーマ
  • AI支援型力学モデルの開発
  • 原子間力顕微鏡による細胞力学の解析
  • せん断応力下の細胞の力学応答メカニズムの解明
研究概要

せん断応力下の⾻格筋の機能を模倣した⼒学モデルを開発しています。近年、マイクロ流体技術の発展により複雑な生化学的および機械的刺激を生体外で再現できました。また原子間力顕微鏡観察技術と統合することで、せん断応力に対する細胞応答をリアルタイムかつ高解像度で画像化することも可能です。筋細胞は、外部からの刺激を受けると収縮また伸張します。⾻格筋-⼒モデルの構築は、外部信号伝達の原理を解明することを⽬的としており、重症筋無⼒症などの疾患の治療や創薬に役⽴ちます。
提供できる技術 ・応用分野

機械学習と原子間力顕微鏡の融合によるナノスケール力学顕微解析、有限要素法によるナノスケール力学解析
論文
  • Mapping stress inside living cells by atomic force microscopy in response to environmental stimuli, Science and Technology of Advanced Materials, 24, 2265434 (2023).
  • Mechanomics Biomarker for Cancer Cells Unidentifiable through Morphology and Elastic Modulus, Nano Letters, 21, 1538-1545 (2021).
  • Informatics-Aided Raman Microscopy for Nanometric 3D Stress Characterization, The Journal of Physical Chemistry C, 122, 7187−7193 (2018).
受賞歴
  • Best poster award, 第4回 NIMS先端計測シンポジウム2019
  • Best poster award, 第4回 ナノ科学シンポジウム2023
最終更新日：