2022 Fiscal Year Annual Research Report
Mathematical modeling of virtual human
| Project Area | Science for virtual human development: Organ(s)-on-a-chips reveal systemic metabolic networks |
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| Project/Area Number |
20H05743
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| Research Institution | Tokyo Medical University |
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Principal Investigator |
杉本 昌弘 東京医科大学, 医学部, 教授 (30458963)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斎藤 輪太郎 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 特任教授 (40348842)
前田 和勲 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 助教 (50631230)
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| Project Period (FY) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体医工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体でおきる動的な変化を数理モデルとして実装してシミュレーションを実施することを目的としている。特に代謝に関係するモデルを開発するために、その評価のために他の班と協力して生体試料のメタボローム解析も実施してきた。分子レベルの代謝のモデルとしては、肝細胞が門脈近くと静脈近くで酸素濃度の違いに応じて代謝動態が異なる現象をモデル化した。薬物動態として知られている既知の知見と整合性を取り成人や幼児にておきる薬物動態の動きのシミュレーションも実施した。よりマクロなシミュレーションとしては、肝臓の線維化をエージェント指向モデルにて実装した。肝細胞が薬物に暴露された場合に中心静脈近くから細胞死が発生するが、これらに反応してマクロファージや星細胞が移動し、コラーゲンが蓄積されていくという現象を実装した。細胞はエージェントとして実装したが、細胞から分泌される炎症性サイトカインなどの分子は拡散モデルとして実装するというハイブリットな実装を行った。またがんの血管新生のシミュレーションでは、これまでに腫瘍が低酸素になると、周辺に血管誘導因子を生成して既存の血管から新たな血管が伸長してくるというモデルを開発してきた。更にAng-1とAng-2のバランスによって血管長が一旦縮退する現象まで再現できていたが、腫瘍内の圧力が高くなる現象を再現できていなかった。これらを実現するために、血管から分泌される物質によって圧力を計算し、かつ腫瘍部におけるリンパ管の欠如をモデル化することで、圧力の動的な変化を実装することができた。また、メタボローム解析では肝細胞の培地測定や、様々な臨床検体の測定を実施した。疾患ごとに変化する代謝物を探索し、かつ病変のある組織検体との変化が一致しているか等を様々な代謝関連疾患にて行った。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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