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外部制御可能な分子通信を利用した脳腫瘍監視制御システムの設計と概念実証

Research Project

Project/Area Number 21H04876
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
Research InstitutionOsaka Metropolitan University (2022-2024)
Osaka City University (2021)

Principal Investigator

中野 賢  大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 教授 (70571173)

Project Period (FY) 2021-04-05 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥38,610,000 (Direct Cost: ¥29,700,000、Indirect Cost: ¥8,910,000)
Fiscal Year 2025: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywords分子通信 / 情報ネットワーク / ナノ医療 / 生命科学
Outline of Research at the Start

本研究では、外部制御可能な分子通信の基本概念に基づいて、全く新しい脳腫瘍監視制御システムを設計し、その概念実証を行う。外部制御可能な分子通信とは、生体・非生体インタフェースを介してバイオナノマシンを外部機器から制御できるように拡張した分子通信である。設計するシステムは、がん細胞と周囲の細胞の間で交換されるメッセージ(情報分子)やがん細胞どうしで交換されるメッセージを収集、分析、制御することによって、がん細胞の増殖を抑制する。本研究はまた、国際共同研究を通して、当該分野最大規模となる概念実証を行い、設計するシステムの実用可能性を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、外部制御可能な分子通信の基本概念に基づて、全く新しい脳腫瘍監視制御システムを設計し、その概念実証を行うことであ る。外部制御可能な分子通信とは、生体・非生体インタフェースを介してバイオナノマシンを外部機器(電子機器)から制御できるように拡張した分子通信である。脳腫瘍監視制御システムの設計においては、がん細胞と周囲の細胞の間で交換されるメッセージやがん細胞どうしで交換 されるメッセージを収集、分析、制御することで、がん細胞の増殖を抑える方法を考える。がん細胞が送受信するメッセージを制御できるよう になれば、がん細胞が血管にアクセスすることを回避したり、がん細胞集団が形成する構造を特異的に破壊できる可能性がある。本研究はまた当該分野最大規模となる概念実証を行い、設計するシステムの実用可能性を検証する。

2022年度は、がん細胞集団が血管様構造を形成する原理を理解することを目的として、血管様構造形成の3次元数理モデルを個体ベースモデルに基づいて構築した。構築した数理モデルでは、個々のがん細胞が他のがん細胞との間に働く種々の力によって3次元空間を移動する。また、細胞分裂をすることにより増殖する。本研究ではまた、構築した数理モデルに基づくシミュレーション実験を行った。シミュレーション実験では、数理モデルのパラメータががん細胞集団が形成する構造に与える影響を分析した。さらに本研究では、シミュレーション実験の結果と培養癌細胞実験の結果を比較し、構築したモデルの妥当性を検証した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通りに研究が進み、研究成果を残すことができた。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、がん細胞同士およびがん細胞と基質の相互作用を制御することにより、がん細胞集団が血管様構造を形成する過程を阻害する方法や、がん細胞集団が形成した血管様構造を破壊する方法を検討する。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] University of CYPRUS(キプロス)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Modelling and Simulations of Collective Bio-nanomachine Rotation in Three-dimensional Space2023

    • Author(s)
      J. Wang and T. Nakano
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Molecular, Biological and Multiscale Communications

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 222-226

    • DOI

      10.1109/tmbmc.2023.3275542

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bionanomachine Diagnostics and Nanonetwork Therapeutic in Brain Malignancies With Bionanodevice Interfaces2022

    • Author(s)
      Andreani D. Odysseos and Tadashi Nakano
    • Journal Title

      IEEE TRANSACTIONS ON MOLECULAR, BIOLOGICAL, AND MULTI-SCALE COMMUNICATIONS

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 28-35

    • DOI

      10.1109/tmbmc.2021.3083725

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ATP levels influence cell movement during the mound phase in Dictyostelium discoideum as revealed by ATP visualization and simulation2022

    • Author(s)
      Hiraoka H, Wang J, Nakano T, Hirano Y, Yamazaki S, Hiraoka Y, Haraguchi T
    • Journal Title

      FEBS Open Bio

      Volume: 12 Issue: 11 Pages: 2042-2056

    • DOI

      10.1002/2211-5463.13480

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Biologically Inspired Model of Collective Bio-nanomachine Rotation via Chemical and Physical Interactions2022

    • Author(s)
      Wang Jiewen、Nakano Tadashi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on NanoBioscience

      Volume: - Issue: 3 Pages: 570-581

    • DOI

      10.1109/tnb.2022.3219867

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Collective Bio-nanomachine Rotation via Chemical and Physical Interactions: A Three- dimensional Model2023

    • Author(s)
      J. Wang and T. Nakano
    • Organizer
      14th EAI International Conference on Bio-inspired Information and Communications Technologies (BICT 2023)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design and Implementation of a General-purpose Multicellular Molecular Communication Simulator2023

    • Author(s)
      S. Takanori and T. Nakano
    • Organizer
      14th EAI International Conference on Bio-inspired Information and Communications Technologies (BICT 2023)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collective Migration and Large-scale Structure Formation of Cancer Cells2023

    • Author(s)
      T. Nakano
    • Organizer
      Workshop on Molecular, Biological, and Multi-Scale Communications (WMBMC)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Modeling and Simulations of Vascular-Like Structure Formation of Cancer Cells2022

    • Author(s)
      T. Tsuchiya, T. Saiki, T. Nakano
    • Organizer
      16th IEEE International Symposium on Medical Information and Communication Technology (ISMICT 2022)
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      2021 Annual Research Report
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  • [Presentation] Wet-laboratory Experiments and Computer Simulation of Growing Cell Clusters2022

    • Author(s)
      K. Matsushita and T. Nakano
    • Organizer
      2022 IEEE Global Communications Conference (IEEE GLOBECOM 2022)
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      2021 Annual Research Report
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  • [Presentation] Collective Rotational Motion of Bio-nanomachines in Noisy Environments2022

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      J. Wang and T. Nakano
    • Organizer
      2022 Joint 12th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 23rd International Symposium on Advanced Intelligent Systems (SCIS&ISIS 2022)
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  • [Presentation] Two Point Correlation Analysis of Cancer Cell Structure Formation2022

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      T. Tsuchiya, T. Nakano and W. Tang
    • Organizer
      2022 Joint 12th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 23rd International Symposium on Advanced Intelligent Systems (SCIS&ISIS 2022)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design and Implementation of a Multicellular Molecular Communication Simulator2022

    • Author(s)
      T. Saiki and T. Nakano
    • Organizer
      2022 Joint 12th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 23rd International Symposium on Advanced Intelligent Systems (SCIS&ISIS 2022)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collective Gradient Detection for Forming a Bio-nanomachine Supercluster2022

    • Author(s)
      M. Chiba and T. Nakano
    • Organizer
      2022 Joint 12th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 23rd International Symposium on Advanced Intelligent Systems (SCIS&ISIS 2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Frequency-based Directional Sensing for Mobile Molecular Communication2022

    • Author(s)
      M. Nishino and T. Nakano
    • Organizer
      2022 Joint 12th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 23rd International Symposium on Advanced Intelligent Systems (SCIS&ISIS 2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] バイオナノマシン集団による分子通信を介した信号分子濃度の協調検出方式2022

    • Author(s)
      千葉 万柚香、中野 賢
    • Organizer
      第21回情報科学技術フォーラム(FIT2022)
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子通信を介して相互作用するバイオナノマシンの集団回転運動2022

    • Author(s)
      王 潔文、中野 賢
    • Organizer
      第21回情報科学技術フォーラム(FIT2022)
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] がん細胞集団が作る大規模ネットワーク構造の分析2022

    • Author(s)
      中野賢
    • Organizer
      BioMedical Forum 2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 生体内分子通信ネットワークの理解と医療応用2022

    • Author(s)
      中野賢
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-04-17  

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