2016 Fiscal Year Research-status Report
生物学的ペースメーカ細胞創成を目指した心筋細胞数理モデルの分岐解析・非線形解析
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15K00337
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
土居 伸二 京都大学, 工学研究科, 教授 (50217600)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 心臓ペースメーカ / Hodgkin-Huxley型数理モデル / 非線形振動 / 双安定性 / 分岐解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心臓ペースメーカ細胞（洞房結節細胞）に異常が生じた場合の治療法として，人工的なペースメーカ（電子機器）を埋め込むのではなく，自分の（洞房結節細胞以外の）心筋細胞に遺伝子工学的操作を施すことにより，ペースメーカ機能（律動性）を生じさせ，それを用いて心臓を治療する「生物学的ペースメーカ工学」の研究が行われている．本研究では，生物学的ペースメーカ工学に資することを目的として，心臓心筋細胞の数理モデルを用いたシステム論的研究により，心室筋細胞などの非ペースメーカ細胞にどのように遺伝子操作を施せば，ペースメーカ機能が生じるかの詳細を明らかにすることを目指している．
研究初年度である平成27年度においては，ヒト心室筋細胞の数理モデルを用いて，内向き整流カリウム電流I_K1 と過分極活性化電流I_fを変化させることでペースメーカ活動が発生することを確認した．さらに，心室筋細胞から創り出されたペースメーカ活動と洞房結節細胞のペースメーカ活動を定量的に比較し，心臓ペースメー カとしての妥当性を検討した．また，単一細胞だけではなく，2個の洞房結節細胞の結合系を用い，中心細胞と周辺細胞という洞房結節細胞の異種性も考慮して解析を行うことで，洞房結節のペースメーカ活動に及ぼすギャップ結合や細胞の異種性の影響を調べた．
平成28年度においては，ペースメーカ細胞の双安定性（振動解と心停止に対応する安定平衡点が共存）に焦点を当て，すべてのイオン電流コンダクタンスに対して2パラメタ分岐解析を徹底的に行うことで高次元パラメタ空間における双安定性領域を明らかにした．同時に，振動解のみが単安定となる領域（ペースメーカ細胞として適切な活動を行うことのできる領域）も明らかにした．これらの解析結果から，生物学的ペースメーカ細胞が適切なペースメーカ活動を行うための条件に関する有益な知見を得た．
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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
研究申請書の平成28年度以降計画に記述した項目「遅い現象（イオンポンプやイオン交換体による遅いイオンの流れと細胞内外のイオン濃度変化など）を考慮したHH型モデルの解析を行う」の研究内容について，研究実績の概要に記述した通り概ね達成しており，進捗状況は「おおむね順調にしている」と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通りの：
・洞房結節細胞への分化誘導遺伝子がペースメーカ活性に及ぼす影響
を解明すると同時に，H27，H28年度の研究成果と合わせて，研究最終年度としての総合的検討を行う．
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| Causes of Carryover |
本研究関連の主要な国際会議で発表を行ったが，H28年度は開催地が国内であったため，その出張旅費が当初予定より少ない額で済んだので，次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
必要に応じて，研究を推進するための計算機等を購入し，また，学会発表をより活発に行うことで，適切に使用する．
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Research Products
(9 results)
