Nonlinear and bifurcation analysis of mathematical models of cardiac myocytes for the creation of biological pacemaker

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 15K00337
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Soft computing
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Doi Shinji 京都大学, 工学研究科, 教授 (50217600)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 心臓ペースメーカ / Hodgkin-Huxley型心筋細胞モデル / 非線形振動 / 分岐解析

Outline of Final Research Achievements

A biological pacemaker, which is a pacemaker cell created from normally quiescent non-pacemaking cells by their genetic modifications, is expected to be an alternative to electronic pacemakers. Recent studies on biological pacemaker engineering have revealed that a modification of ionic currents across the cell membrane elicits the pacemaking ability of a ventricular myocyte. We have performed bifurcation analyses using several mathematical cell models to investigate an efficient way to create biological pacemakers from human ventricular myocytes.

Free Research Field

非線形システム論，生体システム工学，確率システム論．

Academic Significance and Societal Importance of the 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，現在用いられている人工的なペースメーカ（電子機器）を埋め込む方法は，大がかりな手術が必要なこと，手術に伴う感染症，人工ペースメーカの耐久性・外部電磁波による干渉など，種々の問題が伴うが，生物学的ペースメーカを容易に作成できるようになれば，これらの問題が解決される可能性がある．本研究では，数理モデルを用いて，このような生物学的ペースメーカ作成方法を探ったものであり，実験的に作成することに繋がれば，社会的意義は大きい．