Toshihiro Toyota, David A. Head, Christoph F. Schmidt, and Daisuke Mizuno
“Non-Gaussian Athermal Fluctuations in Active Gels”
Soft Matter, Vol. 7, 3234-3239 (2011)
【概要】アクチン、ミオシンからなる力生成する非平衡ゲル中における非熱的揺らぎをマイクロレオロジーにより計測・解析した。非熱的揺らぎの統計分布関数はガウスと指数関数の和で表すことができ、これらの時間依存性から、生きている細胞骨格内部で周囲環境と相互作用しながら力生成するモーターたんぱく質のダイナミクスに関する知見が得られた。
David Head and Daisuke Mizuno
“Non-local Fluctuation Correlations in Active Gels”
Physical Review E, Vol. 81, 041910-1 – 041910-11 (2010)
水野大介
“細胞の力学知覚の物理メカニズム”
生物物理学会誌, accepted
【概要】細胞は、自らの周囲の媒質の力学的性質(硬さ・柔らかさ)を計測して(力学知覚)、自らの振る舞いを決定する（力学適応）ことが知られているが、そのメカニズムは良く分かっていなかった。最近筆者らは、マイクロレオロジーと呼ばれる新しい手法を利用して、細胞と周囲媒質との間の力学的な相互作用を定量解析することで、この問題に物理的な解決を与えた。本稿ではその詳細を解説するとともに、細胞の力学知覚により生起されるいくつかの細胞生理現象について、筆者らの考える力学知覚の物理メカニズムに沿った解釈・考察を加える。
水野大介
“細胞骨格の非平衡揺らぎと力学特性”
日本物理学会誌, accepted
【概要】生きている細胞(骨格)は典型的な非平衡システムである。我々はミオシン・アクチン・架橋剤からなる簡便なモデル細胞骨格を作製し、その非平衡動力学を計測した。マイクロレオロジーと呼ばれる新しい技術を使用することで揺動散逸定理の破れとして非平衡揺らぎを同定し、そこから細胞骨格中におけるモーターたんぱく質の動作特性を導いた。モーターたんぱく質が生起する応力が細胞骨格の力学特性を調節することも発見した。そのメカニズムを説明する物理モデルについても議論する。
Poster / Contributed
Akiko Nakamasu*, R. G. Bacabac, Christoph Schmidt, and Daisuke Mizuno
“Exploring Physical Calibration Mechanism for Cellular Mechano-sensing”
5th Pacific Rim Conference on Rheology (PRCR2010) (Aug. 1-6, 2010), Sapporo, Japan
Oral / Contributed
Toshihiro Toyota*, Hayato Sakamoto, Peijuan Zhang, D. Head and Daisuke Mizuno
“Shear Induced Mechanics and Active Fluctuations in Cytoskeletal Network”
5th Pacific Rim Conference on Rheology (Aug. 1-6, 2010), Sapporo, Japan
Oral / Invited
D. Mizuno*, R. G. Bacabac, L. Lautscham, D. Head, and C. F. Schmidt
“Exploring Physical Calibration Mechanism for Cell Mechano-sensing”
SPIE Conference 7762 optical trapping and optical manipulation VII (Aug. 1-5, 2010), San Diego, California , United States
Oral / Invited
Daisuke Mizuno
“Probing Molecular Force Generations and Transmission in Active Materials”
International workshop on dynamic cross-effect in softly condensed matter (Nov. 4-5, 2009), Tokyo, Japan
Nadja Nijenhuis, Daisuke Mizuno, Jos A. E. Spaan, and Christoph F. Schmidt
“Viscoelastic Response of a Model Endothelial Glycocalyx”
PHYSICAL BIOLOGY , Vol. 6, 25014-25014 (2009)
【概要】Many cells cover themselves with a multifunctional polymer coat, the pericellular matrix (PCM), to mediate mechanical interactions with the environment. A particular PCM, the endothelial glycocalyx (EG), is formed by vascular endothelial cells at their luminal side, forming a mechanical interface between the flowing blood and the endothelial cell layer. The glycosaminoglycan (GAG) hyaluronan (HA) is involved in the main functions of the EG, mechanotransduction of fluid shear stress and molecular sieving. HA, due to its length, is the only GAG in the EG or any other PCM able to form an entangled network. The mechanical functions of the EG are, however, impaired when any one of its components is removed. We here used microrheology to measure the effect of the EG constituents heparan sulfate, chondroitin sulfate, whole blood plasma and albumin on the high-bandwidth mechanical properties of a HA solution. Furthermore, we probed the effect of the hyaldherin aggrecan, a constituent of the PCM of chondrocytes, and very similar to versican (present in the PCM of various cells, and possibly in the EG). We show that components directly interacting with HA (chondroitin sulfate and aggrecan) can increase the viscoelastic shear modulus of the polymer composite.
Daisuke Mizuno, Rommel Bacabac, Catherine Tardin, david Head, and Christoph Schmidt
“High-Resolution Probing of Cellular Force Transmission”
Phys. Rev. Lett., Vol. 102, 168102-1 – 168102-4 (2009)
【概要】細胞は自ら生み出した力を外部環境に印加することでその力学物性を検出している。我々は光トラップを利用して細胞が生み出す全ての力とそのうち細胞外物質に伝播した成分の両方を計測した。細胞外物質の力学強度に相当する光トラップ強度を系統的に変化させて実験を行うことで、力の伝達は外部環境の力学応答に強く依存することを見出した。この結果に基づき我々は細胞の力学知覚の物理メカニズムを提案する。
