好気性細菌の十二指腸から膵臓がんへの移動現象のメカニズム解明

• Project/Area Number: 22K18175
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 白井 宏明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准訪問研究員 (60838796)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 細菌侵入 / 膵臓 / 数理モデル / 好中球 / 細胞培養 / 数理モデリング解析 / 流量 / 走化性 / マイクロ流体デバイス / 数理モデリング / 膵臓癌

Outline of Research at the Start

がんと細菌の関連性が広く報告される中、近年、膵癌内に細菌が多く生息し、治療効果へ影響を及ぼすことが報告された。しかし、すい臓内になぜ多くの細菌が生息しているのか明らかとなっていない。そこで、好気性細菌の膵管内の移動現象の数理モデリング解析およびマイクロ流体デバイスを用いた走化性の解析により、上部消化管のpH, 二酸化炭素、酸素濃 度勾配及び流れの共存下でのpH走性・走気性が流れに対抗するメカニズムを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

好気性細菌の膵臓内部への侵入のメカニズム理解を目指した数理モデリングを行い、侵入の物理的なメカニズムは十二指腸と膵管を覆うオッディ括約筋の収縮の逆行であることが明らかとされた。シミュレーションの結果は文献を用いて検証された。
一方、細菌侵入の生物的なメカニズムを明らかにすべく、好中球内における鉄の還元に着眼し、好中球と大腸菌と共培養実験を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

細菌侵入の物理的なメカニズムが明らかとされたため。また、生物的なメカニズムの解明に向けた準備が進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

炎症における細菌侵入と好中球内における鉄の還元の関係を明らかにすべく、好中球と大腸菌の共培養実験により、大腸菌が好中球内の鉄の還元へ及ぼす影響についての細胞培養実験を行う。

Research Products

• [Journal Article] Understanding bacterial infiltration of the pancreas through a deformable pancreatic duct (2024)
  • Author(s): Shirai Hiroaki、Tsukada Kosuke
  • Journal Title: Journal of Biomechanics Volume: 162 Pages: 111883-111883
  • DOI: 10.1016/j.jbiomech.2023.111883
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] pH-taxis drives aerobic bacteria in duodenum to migrate into the pancreas with tumors (2022)
  • Author(s): Shirai Hiroaki、Ito Cocoro、Tsukada Kosuke
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1038/s41598-022-05554-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] bacterial infiltration in a deformable pancreatic duct with the relaxing sphincter of Oddi after contraction (2023)
  • Author(s): Hiroaki Shirai, Kosuke Tsukada
  • Organizer: BMES2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 変形する膵管内の細菌の移動現象の メカニズム理解 (2023)
  • Author(s): 白井宏明、伊藤心、塚田孝祐
  • Organizer: 生体医工学会
• [Presentation] 十二指腸から膵臓癌への好気性細菌の侵入現象のメカニズム理解. (2022)
  • Author(s): 白井宏明、伊藤心、塚田 孝祐.
  • Organizer: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第45回研究会
• [Presentation] Bacterial migration from duodenum into pancreas: model studies. (2022)
  • Author(s): 白井宏明、伊藤心、塚田 孝祐
  • Organizer: 生体医工学シンポジウム2022.