| Project/Area Number |
23K17475
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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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 | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山下 富義 京都大学, 薬学研究科, 教授 (30243041)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小西 聡 立命館大学, 理工学部, 教授 (50288627)
橋本 健志 立命館大学, スポーツ健康科学部, 教授 (70511608)
浅井 義之 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (00415639)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
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| Keywords | Organ-on-a-chip / 制御システム / 糖代謝 / 数理モデル / 臓器チップ / 糖代謝疾患 / シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
病気の進行や老化を研究するためには、時間と大量の労力が必要である。本研究では、細胞をセンサーなどを有するマイクロチップ上で培養し、コンピュータシミュレーションと組み合わせて制御することで、複雑な生体現象を短時間で観察できるシステムを開発する。特に糖代謝疾患に焦点を絞って、食事や日々の生活リズムがどのように脂肪細胞や肝細胞に影響を及ぼすかを研究し、これが病気の早期発見や予防に役立つ可能性を検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、Organ-on-a-chip（OoC）技術を基盤とし、各臓器チップの分散型のモジュール化とそれらの電子的同期を実現し、糖エネルギー代謝を中心に、時空を超えた組織生物学的モデルを開発することを目的としている。本年度の研究の焦点は、全身にわたる糖代謝プロセスを数理モデルで表現し、そのモデルをOoCに統合することにあった。特に、グルコースセンサーをチップ上に搭載し、その動作と測定機能を詳細に検討してきた。糖代謝の数理モデルについては、既存の研究を基にして、食事によるグルコースの消化管からの吸収、さらに肝臓や筋肉でのグルコースの代謝消費に関するパラメータを精緻化した。これにより、血中のグルコースとインスリン濃度の変動をより正確にシミュレートできるモデルを開発することができ、食後の血糖値の上昇と下降を的確に再現できるようになった。このモデルはPython言語で開発され、LabViewのPythonノードを通じてOoCの制御系とシームレスに連携する設計となっている。一方、グルコースセンサーの開発においては、自動サンプリング装置を用いた分析手法と埋め込み型のリアルタイム計測システムの両面で検討を行っている。埋め込み型センサーのほうでは、Bluetooth通信を利用してデータを抽出し、タブレットを介してリアルタイムでデータベースサーバーに送信される設計になっている。現在、この迅速なデータ解析を通じて、OoCへの入力系を制御できるかを検討しているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的に従って、本年度はシステム開発を中心に取り組み、制御用の糖代謝数理モデル、Organ-on-a-chip(OoC)からのグルコース信号の取得が順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
Organ-on-a-chip(OoC)への刺激入力系もプロトタイプはできているが、細胞への刺激をさらに迅速に伝えるように容積を最小限に抑えた溶液混合システムを確立する。合わせて、評価に適した構造のOoCをデザインしていく予定である。次年度以降は特に細胞系での代謝分析実験にシフトしていき、生物学的パラメータの取得とOoC電子的連関システムの構築に取り組む予定である。
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