Development of a simulator to evaluate the efficacy of an antibacterial agent to resident and resistant bacteria
| Project/Area Number |
20K21875
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石川 拓司 東北大学, 医工学研究科, 教授 (20313728)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 腸内フローラ / シミュレーション / 可視化実験 / 大腸菌 |
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| Outline of Research at the Start |
「数理モデル」は、腸内フローラのような複雑系の骨格を理解し、定量的に記述するのに最良のツールである。本研究では、「輸送現象論」を基盤とし、常在菌と耐性菌に対する抗菌薬の薬効評価を目指した腸内フローラの数理モデルを開発することを目標とする。研究対象をゼブラフィッシュと線虫とし、数理と実験を丹念に融合させることで、予測精度の高い革新的な数理モデルを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の実験研究では、主な研究対象をゼブラフィッシュと線虫とし、腸内流動と腸内細菌挙動、物質吸収を可視化計測した。本年度の主な研究実績は、以下の通りである。
１．線虫の腸内流動と腸壁への物質吸収を可視化計測した。その結果、腸内流動によって腸壁への物質輸送が促進されることが明らかとなり、促進量はペクレ数の2乗に比例することが分かった。この成果は、総合誌で定評のあるScientific Reports誌に掲載された（Suzuki, et al., Sci. Rep., 2022）。 ２．体の隙間のような狭い空間においては、細菌の挙動が通常と大きく異なり、隙間から逃げるような行動が観察された。この研究成果の意義を議論した論文が、生物物理学分野で定評のあるBiophysical Journal誌に掲載された（Ishikawa., Biophys. J., 2022）。 ３．大腸菌などの微生物が高い数密度で凝集した際の物質輸送を数値シミュレーションによって調べた。その結果、密集することで細胞周りに強い流れが作り出され、物質輸送が促進されることが明らかとなった。この成果は、2編の国際会議論文（9thWCBとPSFVIP13）として発表された。 ４．ゼブラフィッシュの腸内における蛍光大腸菌のライブイメージングに成功した。この成果は、腸内フローラの解明につながる画期的な成果であり、2編の国際会議論文（9thWCBとPSFVIP13）として発表された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ゼブラフィッシュと線虫の実験研究、および高密度微生物懸濁液の数値シミュレーションに成功し、研究成果が着々と出ている状況である。既に査読付き英語論文を7編発表しており、当初の計画以上に研究成果が上がっているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度も引き続き研究を推進し、ゼブラフィッシュと線虫を用いた実験とシミュレーションを実施する。ゼブラフィッシュ腸内の細菌挙動を高時間・空間解像度で計測したところ、腸壁の窪みに細菌が集まる様子が観察された。この現象の定量化と、メカニズムの解明を行っていく。また、研究成果を論文として公表する作業にも注力する。
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Report
(3 results)
Research Products
(18 results)
