超高速撮像法と情報科学の融合による血栓症の病態理解と抗血栓薬の薬効評価

• Project/Area Number: 21J10990
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 90130:Medical systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 周 雨奇 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 血小板 / 血栓 / 体外循環 / COVID19 / イメージングフローサイトメトリー

Outline of Research at the Start

本提案では、インテリジェント血小板凝集塊識別法（iPAC）を用いた血中の血小板凝集塊の時空間的特徴の迅速・高精度解析による血栓症の病態理解及び抗血栓薬の薬効評価を目指す。動物モデルと人工肺装着患者の血液サンプルをiPACで分析し、血小板凝集が引き起こされる主たる要因を明らかにすることで、血栓症の病態理解及び診断に役立てる。これらの検査法と比べ、iPACは血小板凝集塊の特徴を顕微鏡像から機械学習によってリアルタイムで形態的違いを認識できる点において前例のない特筆すべき技術である。本研究を遂行しることで、日本が血小板機能解析を含む血小板生物学において世界を牽引する存在になることが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、インテリジェント血小板凝集塊識別法（iPAC）を用いた血中の血小板凝集塊の時空間的特徴（大きさ、形状、成分、血中濃度、経時変化など）の迅速・高精度解析による血栓症の病態理解及び抗血栓薬の薬効評価を目指す。まず、動物モデルとしてヤギを用いて、人工肺装着モデルヤギにおける血中の血小板凝集塊形成の比較を行い、さらに血小板凝集塊成分の解析を行うことで、体内で形成された血小板凝集塊の時空間的解析の有用性を示した。昨年の研究で、3頭のヤギで実験を終え、抗血栓薬を投与したときの変化のデータの取得を実施した。今年度からヤギで得られた結果からヒトでのiPAC装置の有用性を検討するため、心臓移植の手術をした患者（3例）で血液サンプルを取って、iPAC装置を用いた血小板凝集塊の画像を撮った。次のステップとして、データを解析して、臨床症状との相関（血小板凝集塊の成分、形態、血中濃度、経時的変化などの違い）を調査する。
さらに、昨年のCOVID-19の患者さんのサンプル評価に引き継いで、COVID-19ワクチンによる血小板の影響を調べた。その結果、ワクチン接種後の血小板凝集の傾向は有意に持続せず、ワクチン接種が血小板活性化、血小板凝集、血小板-白血球相互作用に及ぼす影響はいずれも軽微であることが示された(Zhou, Y. et al. Cytometry. 2022. https://doi.org/10.1002/cyto.a.24677)。　これは当初提案では予定していなかったことなので、計画以上の研究の進展があったと言える。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Nanyang Technology University(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] University of Virginia(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Virginia(米国)
• [Int'l Joint Research] Nanyang Technology University(シンガポール)
• [Journal Article] Real‐time intelligent classification of COVID‐19 and thrombosis via massive image‐based analysis of platelet aggregates (2023)
  • Author(s): Zhang Chenqi、Herbig Maik、Zhou Yuqi、Nishikawa Masako、Shifat‐E‐Rabbi Mohammad、Kanno Hiroshi、Yang Ruoxi、Ibayashi Yuma、Xiao Ting‐Hui、Rohde Gustavo K.、Sato Masataka、Kodera Satoshi、Daimon Masao、Yatomi Yutaka、Goda Keisuke
  • Journal Title: Cytometry Part A Volume: - Issue: 6 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1002/cyto.a.24721
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Studying the efficacy of antiplatelet drugs on atherosclerosis by optofluidic imaging on a chip (2023)
  • Author(s): Deng Yunjie、Tay Hui Min、Zhou Yuqi、Fei Xueer、Tang Xuke、Nishikawa Masako、Yatomi Yutaka、Hou Han Wei、Xiao Ting-Hui、Goda Keisuke
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 23 Issue: 3 Pages: 410-420
  • DOI: 10.1039/d2lc00895e
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Long‐term effects of Pfizer‐BioNTech COVID‐19 vaccinations on platelets (2022)
  • Author(s): Zhou Yuqi、Nishikawa Masako、Kanno Hiroshi、Yang Ruoxi、Ibayashi Yuma、Xiao Ting‐Hui、Peterson Walker、Herbig Maik、Nitta Nao、Miyata Shigeki、Kanthi Yogendra、Rohde Gustavo K.、Moriya Kyoji、Yatomi Yutaka、Goda Keisuke
  • Journal Title: Cytometry Part A Volume: 103 Issue: 2 Pages: 162-167
  • DOI: 10.1002/cyto.a.24677
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 単一細胞レベルの大規模画像プロファイリングによるCOVID-19患者血液中の循環血小板凝集塊の解析 (2022)
  • Author(s): 菅野 寛志, Yuqi ZHOU, 西川 真子, Ting-Hui XIAO, 鈴木 拓真, ..., , 宮田 茂樹, Gustavo K. ROHDE, 岩崎 渉, 矢冨 裕, 合田 圭介
  • Journal Title: 化学とマイクロ・ナノシステム学会誌 Volume: 21 Pages: 1-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Understanding stenosis-induced platelet aggregation on a chip by high-speed optical imaging (2022)
  • Author(s): Deng Yunjie、Duque Jaime Alvarez、Su Chengxun、Zhou Yuqi、Nishikawa Masako、Xiao Ting-Hui、Yatomi Yutaka、Hou Han Wei、Goda Keisuke
  • Journal Title: Sensors and Actuators B: Chemical Volume: 356 Pages: 131318-131318
  • DOI: 10.1016/j.snb.2021.131318
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Massive image-based single-cell profiling reveals high levels of circulating platelet aggregates in patients with COVID-19 (2021)
  • Author(s): Nishikawa Masako、Kanno Hiroshi、Zhou Yuqi et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 7135-7135
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27378-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intelligent Platelet Morphometry (2021)
  • Author(s): Zhou Yuqi、Isozaki Akihiro、Yasumoto Atsushi、Xiao Ting-Hui、Yatomi Yutaka、Lei Cheng、Goda Keisuke
  • Journal Title: Trends in Biotechnology Volume: 39 Issue: 10 Pages: 978-989
  • DOI: 10.1016/j.tibtech.2020.12.012
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Morphological Indicator for Directed Evolution of Euglena gracilis with a High Heavy Metal Removal Efficiency (2021)
  • Author(s): Xu Muzhen、Harmon Jeffrey、Yuan Dan、Yan Sheng、Lei Cheng、Hiramatsu Kotaro、Zhou Yuqi、Loo Mun Hong、Hasunuma Tomohisa、Isozaki Akihiro、Goda Keisuke
  • Journal Title: Environmental Science & Technology Volume: ‐ Issue: 12 Pages: 7880-7889
  • DOI: 10.1021/acs.est.0c05278
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthetic hydrogel nanoparticles for sepsis therapy (2021)
  • Author(s): Koide Hiroyuki、Okishima Anna、Hoshino Yu、Kamon Yuri、Yoshimatsu Keiichi、Saito Kazuhiro、Yamauchi Ikumi、Ariizumi Saki、Zhou Yuqi、Xiao Ting-Hui、Goda Keisuke、Oku Naoto、Asai Tomohiro、Shea Kenneth J.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 5552-5552
  • DOI: 10.1038/s41467-021-25847-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] COVID-19 関連血栓症の診断補助に向けたタイムストレッチ・イメージング (2021)
  • Author(s): 周 雨奇，菅野 寛志，肖 廷輝，シャクマトフ 理人，伊林 侑真， 西川 真子，矢冨 裕，合田 圭介
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 49 Pages: 228-233
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Uncovering the long-term effects of mRNA COVID-19 vaccinations on platelets by high-speed optical imaging on a chip (2023)
  • Author(s): Y. Zhou, M. Nishikawa, H. Kanno, R. Yang, Y. Ibayashi, T.-H. Xiao, W. Peterson, M. Herbig, N. Nitta, S. Miyata, Y. Kanthi, G. K. Rohde, K. Moriya, Y. Yatomi, K. Goda
  • Organizer: SPIE Photonics West 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deciphering the efficacy of antiplatelet drugs under vascular stenosis by high-speed on-chip optofluidic imaging (2023)
  • Author(s): Y. Deng, H. M. Tay, Y. Zhou, X. Fei, M. Nishikawa, T.-H. Xiao, Y. Yatomi, H. W. Hou, K. Goda
  • Organizer: SPIE Photonics West 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オンチップ血管狭窄と高速イメージングを用いた血小板凝集の統計解析 (2022)
  • Author(s): Y. Zhou, Y. Deng, J. A. Duque, C. Su, M. Nishikawa, T. Xiao, Y. Yatomi, H. W. Hou, and K. Goda
  • Organizer: 日本血栓止血学会学術集会
• [Presentation] アゴニストの種類による血小板凝集塊の分類：深層学習を用いた解析 (2022)
  • Author(s): Y. Zhou, Y. Nobori, M. Nishikawa, T. Xiao, M. Anraku, Y. Yatomi, and K. Goda
  • Organizer: 日本血栓止血学会学術集会
• [Presentation] mRNA COVID-19ワクチン接種の血小板への長期的影響 (2022)
  • Author(s): Y. Zhou, M. Nishikawa, H. Kanno, R. Yang, T. Xiao, Y. Yatomi, and K. Goda
  • Organizer: 第23回日本検査血液学会学術集会
• [Presentation] 人工臓器回路内血栓の早期発見に向けた循環血小板凝集塊の有用性の検討 (2022)
  • Author(s): Y. Nobori, M. Anraku, Y. Zhou, T. Xiao, K. Goda, M. Ono, and J. Nakajima
  • Organizer: 日本血栓止血学会学術集会
• [Presentation] 播種性血管内凝固症候群における循環血小板凝集塊の解析 (2022)
  • Author(s): M. Nishikawa, H. Kanno, Y. Zhou, R. Yang, K. Ono, T. Xiao, N. Nitta, Y. Yatomi, and K. Goda
  • Organizer: 第23回日本検査血液学会学術集会
• [Presentation] 血小板凝集塊の大規模画像解析による血栓症とCOVID-19関連血栓症のアルゴリズム分類 (2022)
  • Author(s): H. Kanno, C. Zhang, M. Herbig, Y. Zhou, M. Nishikawa, R. Yang, Y. Ibayashi, T. Xiao, Y. Yatomi, and K. Goda
  • Organizer: 第23回日本検査血液学会学術集会
• [Presentation] Uncovering the pathogenesis of microvascular thrombosis in COVID-19 via high-throughput microscopy on a chip (2022)
  • Author(s): Y. Zhou, M. Nishikawa, H. Kanno, T. Xiao, Y. Yatomi, and K. Goda
  • Organizer: CYTO 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Uncovering the pathogenesis and treatment of atherosclerosis by high-throughput microscopy (2022)
  • Author(s): 3.Y. Deng, J. A. Deque, C. Su, Y. Zhou, M. Nishikawa, T. Xiao, Y. Yatomi, H. W. Hou, and K. Goda
  • Organizer: CYTO 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Real-time monitoring of blood clots in extracorporeal life support by intelligent platelet aggregate characterizer (2021)
  • Author(s): Y. Zhou, A. Yasumoto, M. Nishikawa, Y. Nobori, T. Xiao, M. Anraku, Y. Yatomi, and K. Goda
  • Organizer: SPIE Photonics West, Virtual, USA
  • Int'l Joint Research