研究者/開発者/スタッフ紹介
山岡 英孝 (Hidetaka Yamaoka) 山岡 英孝 (Hidetaka Yamaoka)


研究テーマ

アクチン細胞骨格の連続体モデリング
非線形連続体力学の幾何構造の研究

研究内容と成果

本プログラムでは,様々な時空間スケールの因子が絡み合うアクチンフィラメントの高次構造の数理モデル化を念頭に置き,微小構造を有する弾性体の力学理論を微分幾何学的観点に基づいて研究してきた.微小構造を有する弾性体に対する連続体力学は,非線形連続体力学の範疇に属するが,本研究ではその非線形性の由来を明示して,有微小構造連続体力学と呼ぶ.この有微小構造連続体力学を,ベクトル束上の連続体力学として定式化した.この結果,マクロ‐ミクロ連成挙動の見通しが良くなった.また,有微小構造連続体力学に関する研究を応用したアクチン細胞骨格の連続体モデルについても検討した.特に,フィラメントスケールへの本モデルの適用により,フィラメントの幾何学的非対称性が,伸び-ねじれ連成挙動を生み出すことを示した.さらに,アクチン単量体のサブドメイン構造を微小構造とするモデルへも拡張可能である.

今後の展望

アクチン細胞骨格は,様々なスケールで,微小構造を有している連続体とみなせる.細胞スケールにおける細胞骨格をはじめとして,細胞骨格スケールにおける各フィラメントや,フィラメントスケールにおける単量体(あるいは,サブドメイン構造)などである.これら,有微小構造連続体とみなせる様々なスケールのアクチンフィラメントの高次構造への数理モデルの適用が今後の課題である.この結果,微小構造の変形挙動に起因する巨視的な性質を見出すことが可能となるだろう.さらに,巨視的な生化学現象に連関する微小構造の力学挙動を見出すことができれば,バイオメカニクス研究の新手法として興味深い結果となる.


論文・特許紹介

【論文】
Hidetaka Yamaoka, Shinji Matsushita, Yoshitaka Shimada, Taiji Adachi
Multiscale modeling and mechanics of filamentous actin cytoskeleton
Journal of Biomechanics and Modeling in Mechanobiology (submitted)

Hidetaka Yamaoka, Taiji Adachi
Continuum dynamics on a vector bundle for a directed medium
Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, Volume 43, Number 32, 325209 (15pp) (2010)

Hidetaka Yamaoka, Taiji Adachi
Coupling between axial stretch and bending/twisting deformation of actin filament caused by a mismatched centroid from the center axis
International Journal of Mechanical Sciences, Volume 52, Issue 2, pp.329-333 (2010)

Hidetaka Yamaoka, Taiji Adachi
Geometrical settings of directed medium by vector bundle description and its application to biomechanics
SES 2010: the 47th Anuual Technical Meeting of Society of Engineering Science, Ames, USA, October (2010)

Hidetaka Yamaoka, Taiji Adachi
Cosserat theoretical modeling of single actin filament as a twisted elastic filament
ICTAM 2008: the 22nd International Congress of Theoretical and Applied Mechanics, Adelaide, Australia, August (2008)

Hidetaka Yamaoka, Taiji Adachi
A study on mechanical behavior of single actin filament through continuum modeling
AP Biomech 2007: the 3rd Asian Pacific Conference on Biomechanics, Tokyo, Japan, Novenber (2007)

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