【動画】細胞の「向き」が導く生命の形づくり　生きた液晶研究の最前線

体内では、細胞や細胞内の線維がエネルギーを消費しながら動き、互いに力を及ぼし合い、しばしば一定の方向に整列する。この秩序構造が、細胞の集合や組織の形状を理解する手がかりとなる事例が明らかになってきた。細胞集団を「生きた物質（アクティブマター）」として物理学の視点から捉える研究は、イメージング技術の進歩を背景に発展し、生物の発生や形態形成に新たな洞察を与えている。

※動画は、培養したマウスの神経前駆細胞集団が運動する様子を10時間分早送りで再生したもの。丸印はトポロジカル欠陥の位置を示し、オレンジ色が+1/2型、青色が-1/2型の欠陥を表す（川口喬吾・理化学研究所主任研究員提供）。

生物は一個の受精卵から始まり、多様な細胞を生み出しながら手足や臓器といった複雑な構造を形成する。どの遺伝子がいつどこで働き、細胞の運命がどう決まるのか。発生は古くから生命科学の核心的なテーマである。

しかし、体の形づくりには遺伝子の働きだけでは説明できない側面も存在する。無数の砂粒が織りなす砂漠の風紋のように、マクロな視点で初めて理解できる現象は多い。生命現象にも、物理法則として捉えられる部分がある。この視点に立った研究は、イメージングや画像解析技術の進展に支えられ、近年急速に進んでいる。

理化学研究所の川口喬吾主任研究員（生物物理学、非平衡物理学）らは約10年前、マウス由来の神経前駆細胞の集団に現れる現象に着目し、重要な成果を英科学誌『ネイチャー』に報告した。研究では高密度に培養した細胞集団を観察し、細長い細胞が液晶分子のように一方向に整列することを発見。液晶とは、液体のような流動性を持ちながら分子の向きがそろった状態を指す。細胞自体は液晶分子ではないが、集団としての整列挙動は液晶の物理理論で説明できる。

一方、整列した細胞集団の中には、完全には向きが定まらない箇所も生じる。物理では「トポロジカル欠陥」と呼ばれる構造で、指紋の渦や髪のつむじに類似する。周囲では細胞の向きが滑らかにつながっていても、その中心では一方向に決めることができない。秩序の内部に現れる特異点である。

Google検索で「産経ニュース」を優先表示。ワンクリックで簡単登録。