方向転換:胚の細胞の動きを操作する新方法を発表(A Change of Direction:Researchers have unveiled a new method to manipulate cell movement in embryos)

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2024-05-28 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

カリフォルニア大学サンディエゴ校のマッティア・セラ助教授とイタリアのミラノ工科大学の同僚たちは、胚細胞の動きを短時間アトラクターを使って操作する新しい方法を開発しました。短時間アトラクターは、システムの動きを一時的に制御する構造であり、長期的な行動には影響を与えません。研究者たちは、細胞運動を駆動するミオシンの分布を調整することで、胚内の細胞を特定の領域に誘導することに成功しました。この方法を使い、理論とシミュレーションを駆使して、胚の発育に似た流れで短時間アトラクターを最適に制御する戦略を考案しました。実験では、ダンディー大学のWeijerグループがヒヨコの胚でミオシン分布を操作し、予測通り円形のアトラクターを形成させることに成功しました。この技術は、合成臓器やオルガノイドの工学、再生医療に応用可能です。

<関連情報>

アクティブネマティクスにおける短時間アトラクターの最適制御 Optimal Control of Short-Time Attractors in Active Nematics

Carlo Sinigaglia, Francesco Braghin, and Mattia Serra

Physical Review Letters  Published: 22 May 2024

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.218302

Figure 1

ABSTRACT

Objective Eulerian coherent structures (OECSs) and instantaneous Lyapunov exponents (iLEs) govern short-term material transport in fluid flows as Lagrangian coherent structures and the finite-time Lyapunov exponent do over longer times. Attracting OECSs and iLEs reveal short-time attractors and are computable from the Eulerian rate-of-strain tensor. Here, we devise for the first time an optimal control strategy to create short-time attractors in compressible, viscosity-dominated active nematic flows. By modulating the active stress intensity, our framework achieves a target profile of the minimum eigenvalue of the rate-of-strain tensor, controlling the location and shape of short-time attractors. We show that our optimal control strategy effectively achieves desired short-time attractors while rejecting disturbances. Combining optimal control and coherent structures, our work offers a new perspective to steer material transport in compressible active nematics, with applications to morphogenesis and synthetic active matter.

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生物工学一般
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