| Project/Area Number |
23K07547
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 53020:Cardiology-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山崎 正俊 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (30627328)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富井 直輝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00803602)
佐久間 一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50178597)
辻 幸臣 名古屋大学, 医学系研究科, 特任准教授 (60432217)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 心室細動 / ローター / Cul-de-sac |
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| Outline of Research at the Start |
心臓突然死の主要な原因である心室細動（VF）は、自然界で観察されるハリケーンやトルネードなどの渦巻き現象と類似した渦巻き型旋回興奮波（Rotor）を駆動源とし維持されていることが報告されている。心臓突然死を引き起こす家兎病態モデルによる予備動物実験と数値シミュレーション・機械学習を組み合わせたin-silico学習から得られた仮説「Cul-de-sac（袋小路）型心筋焼灼治療がRotorの持続を阻害することでVFを根治に導く」を検証し、「心筋焼灼領域を指定可能な新規機械学習モデル」を作成することを最終目標とした基盤技術を構築することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
仮説「Cul-de-sac（袋小路）型心筋焼灼治療がRotorの持続を阻害することでVFを根治に導く」を検証するために、①家兎突然死モデル：完全房室ブロック作成後にICDを挿入することで約３ヶ月後に突然死する動物モデルと、②数値シミュレータと深層強化学習を組み合わせたin silico強化学習モデルを用いて上記の仮説を検証することが本研究の最終目標である。
当年度は予期せぬ動物実験室（光学マッピング実験）移転のため①の実施にやや遅れを生じている。東京大学内（別キャンパス）への実験室移転に伴い現実験室の整理、さらなる改良を加えた新実験室での実験システム構築に時間が取られているが、数例実施した実験データの詳細な解析は継続している。また、心臓内外膜側からの同時光学マッピング実験システムを本研究提案で使用予定であったが、本研究結果成果の臨床応用を踏まえて、透明多点電極マッピングも同時に可能とするシステムの構築に成功し現在稼働中である。改良型本実験システムを新実験室においても使用することを検討している。
提案時には東京大学で実験動物を作成・使用、もしくは、名古屋大学において病態モデル作成後搬送し、東京大学において光学マッピング実験を実施することを想定していたが、搬送時に脱落する実験動物数を最小限にするため名古屋大学においても病態動物モデルの評価・治療効果判定に使用する光学マッピングシステムの構築に着手している。実験機器の主である高解像度光学マッピング用カメラを既に名古屋大学において設置済みであり当年度の遅れを取り戻す準備を整えている。
②の数値シミュレータと深層強化学習を組み合わせたin silico強化学習モデルに関しては19.2mm四方のヒト心臓組織を模した心臓シミュレータを使用し、シミュレータ上で単一の旋回興奮波の誘発と維持に成功しており、来年度から本実験研究に使用予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
やや遅れていることの最大の理由は、現動物実験室（光学マッピング実験）移転に伴い旧実験室の整理、新実験室整備が必要となったためである。
更に数値シミュレータと深層強化学習モデル構築において、心筋線維方向を組み込むことには成功したが、心筋壁厚の差異を含む3次元数値シミュレータの作成において、計算量が膨大となり解析時間が長くなりすぎることが判明したため、改良版シミュレータを新たに作成中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の遅れを取り戻すために本来名古屋大学においては実験動物作成のみを考えていたが、評価・治療効果判定も可能な光学マッピング実験室を名古屋大学に新規に構築する事で遅れを取り戻すことを検討している。既に実験機器の主である高解像度カメラの設置、ランゲンドルフ灌流システムの構築、電気刺激用機器、心筋焼灼用機器、電極マッピング機器の搬入・設置は完了しており実際に一連の実験が問題なく実施できるかテスト実験を予定している。
本実験研究の提案手法、また、数値シミュレータと深層強化学習モデル構築に関しての成果の一部を令和6年5月にボストンで開催される米国不整脈学会で発表予定としている。学会発表後は速やかに成果をまとめ国際誌に発表する準備を進めている。
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