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2015年11月27日 (金)

血管の形をつくる細胞メカニズムを解明~生き物の形態が2次元・3次元で秩序よくつくられるしくみを実証~

平成27年11月20日
熊本大学
東京大学
科学技術振興機構(JST)
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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ポイント
 
○血管新生では、一つ一つの血管内皮細胞
 が複雑な運動を行いながら、
 出芽・伸長・分岐・管腔形成といった
 二次元・三次元にわたって秩序ある
 血管形態をつくっていく(図1)。
 このしくみは、これまでの医学研究の
 長い歴史の中で大きな研究対象で
 あったにも関わらず、実はいまだ
 十分に理解されていない。
 
○生物学と数理科学・コンピュータ科学を
 融合させた研究により、血管の伸長を
 担う多細胞運動のしくみとして、
 細胞が自発的に自らを制御して自律的に
 動く過程と、隣接した細胞から
 適宜影響を受けて協調的に動く過程が
 うまく共存することで、全体の動きが
 巧みに統制されていることを明らかに
 した。
 
○今回明らかにした血管新生のメカニズム
 は、生物の形態形成を支える共通原理に
 なることが期待される。
 
 
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 熊本大学 大学院生命科学研究部
循環器内科学/熊本大学 国際先端医学
研究機構の西山 功一 特任講師
/主任研究員、東京大学 大学院医学系
研究科 代謝生理化学の栗原 裕基 教授、
杉原 圭 学部生(現東京大学附属病院
 臨床研修医)らの研究グループは、
血管新生注1)において血管が伸長する
際の血管内皮細胞注2)運動を制御する
しくみを、生物学と数理モデル注3)
・コンピュータシミュレーションを
融合させた先端的な研究手法により
明らかにしました。
 
 生物は、最小の機能単位である細胞が
寄り集まった多細胞体です。
 
 しかし、細胞の集まりが、組織や器官
といった秩序ある形態や構造をつくり
機能するしくみはほとんど分かって
いません。
 
 中でも血管は、体中の全組織に十分な
酸素や栄養源を効率よく供給するため、
組織や組織の間に入り込み、血管外の
環境との相互作用により、巧妙な枝分かれ
構造をとっています。
 
 これまでに本研究グループは、
新しく血管がつくられる(血管新生)際の
細胞の動きに着目し、特に血管内皮細胞の
動きをリアルタイムで可視化し、
定量的に捉えることを可能にして
きました。
 
 今回さらに、血管の伸長を制御する
しくみについて、細胞が自発的に自らを
制御して動く過程(自律的過程)と、
隣接した細胞から適宜影響を受けて動く
過程(協調的過程)がうまく共存する
ことで、全体の動きが巧みに統制されて
いることを世界に先駆けて実証しました。
 
 興味深いことに、血管内皮細胞が
前後したり、お互いに追い抜きあったり
という血管新生で見られる複雑な
細胞集団の動きを制御している中枢部分
は、細胞一つ一つの動き
(スピードと方向性)の「確率的な変化」
として十分説明できることを
コンピュータシミュレーションで
実証しました。
 
 対して、血管の伸長に重要な先端細胞
注4)の動きは、一つ一つの細胞の
確率的な動きのみでは十分説明できず、
後続の茎細胞注5)との相互作用により、
より厳密に制御されていることも
新しく分かってきました。
 
 本研究の成果は、血管の形態形成
のみならず、さまざまな組織の形態形成に
おける多細胞運動を支える共通原理として
広く普及することが期待されます。
 
 本研究成果は、科学雑誌
「Cell Reports」
オンライン版で米国時間の
2015年11月19日(木)正午
(日本時間の11月20日(金)午前2時)
に公開されます。
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>実はいまだ十分に理解されていない。
 
 と言うことの方が遙かに多のだと
思います。
 
 「現代の科学で理解している範囲は
現実のごく表面のみ」だと理解した方が
良いと思う。
 
 何故そうなるのか?
 疑問だらけのはず。
 
 だから科学は面白いのだと思う。
 
>本研究の成果は、血管の形態形成
>のみならず、さまざまな組織の
>形態形成における多細胞運動を支える
>共通原理として広く普及することが
>期待されます。
 
 そうですね。

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