多細胞集団によるキラリティの増幅 -細胞の「利き手」がつくるセンチメートル級のスパイラル-

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2026-10-26 理化学研究所,京都工芸繊維大学,筑波大学

理化学研究所、京都工芸繊維大学、筑波大学の共同研究チームは、細胞性粘菌の集団が、個々の細胞のわずかな運動の左右差を増幅し、センチメートル規模のらせん構造を形成する仕組みを明らかにした。研究では、細胞が継続的に供給される「開放系」を実験室で構築し、細胞の集団運動を観察した。その結果、細胞は供給源の周囲に環状の高密度領域を形成した後、時計回りに回転しながら外側へ伸びる複数の腕をもつスパイラルを自発的に形成した。解析から、細胞同士が運動方向をそろえる「配向相互作用」と、個々の細胞がもつ平均でわずかに時計回りへ偏る「細胞キラリティ」が重要であることが判明した。さらに、これらの性質と細胞の継続的な供給を組み込んだ数理モデルによって、実験と類似した構造を再現した。本研究は、微小な細胞レベルの左右差が、細胞集団の相互作用を通じて大きな非対称構造へと発展する原理を示しており、将来的には、発生や組織形成における生物の左右性の理解につながると期待される。

多細胞集団によるキラリティの増幅 -細胞の「利き手」がつくるセンチメートル級のスパイラル-
細胞性粘菌が形成する時計回りのスパイラル構造

<関連情報>

連続的な細胞供給下における遊走細胞の開放系でのキラル多腕らせんの出現 Emergence of chiral multi-armed spirals in an open system of migrating cells under continuous cell supply

Masayuki Hayakawa, Biplab Bhattacherjee, Hidekazu Kuwayama & Tatsuo Shibata
Nature Communications  Published:26 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-78179-4

Abstract

From molecular assemblies to multicellular tissues, chirality organizes living and active-matter systems into striking collective states. Across cellular collectives and active materials, weak microscopic chiral cues in motion and interaction can systematically skew how constituents coordinate, flow, and break spatial symmetries. Yet the principles that govern chiral ordering in open systems, where elements are continuously supplied and removed, remain poorly understood. Here, we show that chemotaxis-deficient Dictyostelium discoideum mutants (KI cells) form centimeter-scale, clockwise, multi-armed spirals. Each arm is a traveling band produced by short-range alignment interactions and guided by a polar-ordered rotating core that encircles the cell source. A subtle clockwise bias in single-cell migration is amplified by collective ordering into tissue-scale chirality. To uncover the minimal ingredients, we developed an open chiral Vicsek model and found that intrinsic chirality, polar alignment, and continuous cell supply are the key factors. Our study establishes a general route by which weak microscopic chirality and sustained material flux generate macroscopic chiral order, offering new insight into chiral patterning in multicellular systems.

生物環境工学
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