2011 Fiscal Year Annual Research Report
多階層データに基づく心臓電気現象の統合的機能シミュレーション
| Project Area | Establishment of Integrative Multi-level Systems Biology and its Applications |
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| Project/Area Number |
22136011
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| Research Institution | National Cardiovascular Center Research Institute |
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Principal Investigator |
中沢 一雄 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究情報基盤管理室, 室長 (50198058)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原口 亮 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究情報基盤管理室, 研究員 (00393215)
清水 渉 独立行政法人国立循環器病研究センター, 心臓血管内科, 部長 (50399606)
芦原 貴司 滋賀医科大学, 医学部, 助教 (80396259)
池田 隆徳 東邦大学, 医学部, 教授 (80256734)
井尻 敬 理化学研究所, 生物情報基盤構築チーム, 特別研究員 (30550347)
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| Keywords | 不整脈 / シミュレーション |
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| Research Abstract |
光学マッピング実験などにより得られるデータを心臓モデルに反映させる技術開発を、本荘班(A02-4)と協力して行った。心臓モデルにおけるシミュレーションと光学マッピング実験のマッチングは、致死性不整脈現象の基本的メカニズムとなるスパイラルリエントリーの解析には特に有効であり、その成果をYamazakiやKatoらから論文発表するに至った。スパイラルリエントリーの理論的な解析手法として、3次元的なスパイラルリエントリーの回転軸であるフィラメント解析がある。原口・中沢らはファイラメント解析を行い、心壁内の心筋線維走向や心室較差(活動電位のばらつき)に関して心臓興奮の頑強性と破綻に繋がるシミュレーション結果を国際学会等で発表した。一方、井尻らは、心臓内の興奮伝播過程のデータを用いて、幾何制約に基づく実時間の簡易心臓拍動シミュレーション研究の成果を国際学会等で発表した。心臓興奮伝播過程のデータ収集は清水・相庭・杉町らの担当であるが、遺伝性不整脈に関連する臨床研究の成果を論文として発表した。池田らは、Heart Rate Turbulenceをはじめとする多数の心臓電気生理学的指標の臨床データ収集を行い、心臓電気生理学的指標と不整脈の危険(予測)に関する成果を国際学会における招待講演や論文として発表した。芦原らは、持続性の心房細動に対しアブレーション治療を前提としたシミュレーション結果を論文として発表した。稲田らは、心臓壁モデルにおいて細動に伴う形状変形を前提としたスパイラルリエントリーや冷却除細動のメカニズムをスーパーコンピュータを使って解析し、その結果を国際学会等で発表した。さらに稲田らは、心房細動のレートコントロール関するシミュレーション研究の結果についても発表を行った。
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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
これまでは基本的には従来技術の延長線上であり、本荘班と協力した光学マッピング実験データを心臓モデルに反映させる技術開発も比較的順調に進んでいると言える。その他、関連するシミュレーション研究も成果が出ているように思われる。一方、当初から予想されていることではあるが、臨床応用に向けた研究に繋げるところが大きな課題となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
多階層の生体機能学として、特に薬物循環動態を反映した心臓の興奮伝播過程シミュレーションの実現をめざしている。しかし、薬物循環動態は分のオーダーであり、心臓の興奮伝播はミリ秒のオーダーである。したがって、時間スケールが適応しない。実験データをなるべくreductionして機能的に心臓の電気現象を再現する技術開発をめさす予定である。さらに、課題となっている臨床応用に向けて、形状や心臓電気生理学的指標など患者個別の心臓の特徴を反映させた心臓モデルの開発を考えたい。
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