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Development of cell evaluation method using measurement of spontaneous magnetic field with high-sensitivity magnetometer

Research Project

Project/Area Number 19K22975
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
Research InstitutionKyoto Prefectural University of Medicine

Principal Investigator

Yoshida Takashi  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (10546641)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 足立 善昭  金沢工業大学, 先端電子技術応用研究所, 教授 (80308585)
山口 武志  金沢工業大学, 先端電子技術応用研究所, 研究員 (20593437)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords生体磁気計測 / 計算機シミュレーション / 深層学習 / iPS細胞 / 再生医療 / 生体磁気 / SQUID / 生体磁場 / 数値シミュレーション / 心筋細胞
Outline of Research at the Start

再生医療の細胞材料として期待されている、iPS細胞由来心筋細胞の品質評価を目的とし、磁場計測を用いた無侵襲・非破壊的な手法の開発を行う。
細胞の自発磁場の計測は金沢工業大学が開発した世界でもトップクラスの高感度を誇る超伝導量子干渉素子 (SQUID)を用いて行う。さらに計算機シミュレーションによって得られる細胞磁場の予測データと実測データを比較することにより、細胞材料の分化度や成熟度を評価するために用いる定量的な指標の確立を目指す。

Outline of Final Research Achievements

We have developed a method to quantitatively evaluate iPS cell-derived cardiomyocytes by measuring the weak spontaneous magnetic field generated by their electrical activity using a SQUID sensor. As a method for detecting weak magnetic field signals of cellular origin from background noise, we have shown that deep learning using supervised data generated by superimposing simulation-estimated cellular magnetic fields and measured background magnetic fields is an effective method. In comparison with conventional biological signal detection methods such as frequency analysis and the ScaledTemplate method, we were able to show that deep learning is superior.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

iPS細胞由来心筋細胞は再生医療や薬効試験における細胞材料として有望な候補だと考えられているが、その実用化にあたり高速かつ自動化可能な品質評価手法が求められている。当研究で我々の開発した、細胞由来の微弱な磁場信号を深層学習を用いて検出する手法が、非侵襲・非破壊的に細胞の電気的活動を評価することを可能とし、心筋シートなど再生医療材料の分化度・安全性の評価や、薬理試験における催不整脈作用の検証といった用途に有望であると考えている。またこれまで細胞外電位や膜電位の測定では検出することが出来なかった電気生理学的情報が得られる新規手法としても期待される。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2022 2021

All Presentation (4 results)

  • [Presentation] 深層学習を用いたiPS細胞由来心筋細胞の自発磁場検出2022

    • Author(s)
      山口武志, 吉田隆司, 岡 佳伸, 金郁喆, 高橋謙治
    • Organizer
      第48回日本生体電気・物理刺激研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] シミュレーション波形を用いたiPS細胞由来心筋細胞の自発磁場検出2021

    • Author(s)
      山口武志, 足立善昭, 谷田任司, 岡佳伸, 吉田隆司, 高橋謙治, 田中雅樹
    • Organizer
      第 36 回 日本生体磁気学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 深層学習を用いたiPS細胞由来心筋細胞の自発磁場検出2021

    • Author(s)
      山口 武志, 足立 善昭, 谷田 任司, 岡 佳伸, 吉田 隆司, 高橋 謙治, 田中 雅樹
    • Organizer
      日本解剖学会 第97回 近畿支部 学術集会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] シミュレーション波形を用いたiPS細胞由来心筋細胞の自発磁場検出2021

    • Author(s)
      山口武志, 足立善昭, 谷田任司, 岡佳伸, 吉田隆司, 高橋謙治, 田中雅樹
    • Organizer
      日本生体磁気学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2023-01-30  

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