眼杯オルガノイドの形成過程では、眼胞と眼杯の数や形態に大きなバラつきが見られる。本研究では、これらの形態的バラつきを解析し、ライブイメージング技術で眼胞と眼杯の数や形態、制御因子Rxの発現領域を定量化し、独自のシミュレーション技術を適用した。その結果、眼胞・眼杯の形成はRx陽性組織領域のサイズに依存し、Rx発現量の可逆的な変化、Rx陽性細胞の移動、融合により動的に変化することが判明した。
眼胞と眼杯の形成は、Rx陽性組織領域における神経上皮組織の曲げ変形によることが分かった。機械操作技術を用いた実験で、短時間の変形には弾性的応答を示し、長時間の変形には塑性的応答を示す弾塑性転移現象が明らかになった。この現象はアクチン細胞骨格とEGFR-PI3k-Akt経路により制御されている。立体組織形成のシミュレーション技術も開発した。特に、細胞極性と細胞運動を統合した数理モデルを用い、Rx陽性組織領域の形成機構を解析した。各細胞に極性ベクトルを導入し、場の情報に依存した運動方程式と張力勾配を使い、細胞集団内部の細胞運動を記述することに成功した。多数のオルガノイドをライブイメージングし、Rx発現量や細胞運動、眼胞や眼杯の形成動態を定量化した結果、Rx発現量の変化、Rx陽性細胞の移動、融合がバラつきを生じる主要因であることが判明した。さらに、極性細胞と非極性細胞の相分離によるRx陽性領域の形成機構もシミュレーションで予測した。これらの成果は学術論文として投稿済みであり現在はリバイス中である。