2016 Fiscal Year Research-status Report
２型糖尿病における人工的膵臓刺激装置設計のための数理モデル研究
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15K12137
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
安東 弘泰 筑波大学, システム情報系, 助教 (20553770)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 寛太郎 東京理科大学, 工学部情報工学科, 助教 (00557704)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 膵β細胞 / 力学系理論 / 発火パターン / イオンチャンネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２型糖尿病の新治療法開発のために、糖代謝（インスリン分泌）に関わる膵β細胞の数理モデルの構築を生理学的に妥当な観点から行った。膵β細胞のインスリン分泌には様々なイオンチャネルが関与しており、なかでも，インスリン分泌を促進する非選択性陽イオンチャネルの役割が近年注目されている．今年度は，非選択性陽イオンチャネルの１つであるTRPM2（Transient Receptor Potential Melastatin 2）チャネルに着目した．TRPM2チャネルの数理モデルを構築することで，TRPM2チャネルが膜電位に与える影響を数理的に調査した．数理モデルとして，膵β細胞 の膜電位挙動を示す基本的な数理モデルと知られているChayモデル(Chay, 1985)を用いた．Chayモデルは，電位依存性ナトリウム及び電位依存性カルシウムの混合チャネル，電位依存性カリウムチャネル，カルシウム依存性カリウムチャネルを考慮した簡易モデルである．当該数理モデルを解析した結果，TRPM2チャネルが1)膜電位をさらに脱分極させ，2)活動電位群発性振動周期の短縮と持続時間を延長させることが示された．
このほか、膵β細胞のネットワークの挙動を解析するために、膵β細胞と同様な電気的活動を示す。
ニューロンの数理モデルを用いて、その不規則応答の解析や、集団活動としてのリズム現象の解析を行った。
これらの研究実績は、査読付き学術誌論文２編、査読付き国際会議論文３編、査読付き国内会議１編にまとめて報告した。
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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
膵ベータ細胞の数理モデル化とその生理学的妥当性の検証については、順調に進んでおり、学会発表を適宜行ってきている。また、膵臓の刺激アルゴリズムの構築にむけては、神経細胞ネットワークの数理モデルを代替的に利用して、その応答をシミュレーションなどで検証している。この神経モデルをβ細胞のモデルへ置換していくことを現在検討している。さらには、生理学データからのモデルの妥当性の精度を向上させるべく研究を進捗させている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策として、まず、平成28年度までに構築した膵β細胞のモデルを実データをもとにパラメータfittingなど行い、より妥当なモデルを検討する。さらに、インスリン分泌に関わる膵β細胞への刺激アルゴリズムの構築のためにネットワーク上にある各細胞へ、同一ではないが相関を持った外部入力を与えたときの挙動をシミュレーションにより検討する。
最後に、生理学的に妥当なモデルと提案する刺激アルゴリズムを合わせることで、糖尿病治療法につながるプロトコルを提案する予定である。
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| Causes of Carryover |
発表した国際会議が国内で開催されたため、旅費が想定より低かったためである。また、数理モデル検証において、モデルが想定より簡略化できたため現行の計算機によりシミュレーション可能であったためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
海外における国際会議での発表を計画している。同時に、ワークステーションを購入して、大規模数理モデルのシミュレーションを予定している。
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] Synchronization in a Coupled Izhikevich Neuron Model2016
Author(s)
Kaede Naiki, Yutaka Shimada, Kantaro Fujiwara and Tohru Ikeguchi
Organizer
Proceedings of Internationla Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
Place of Presentation
New Welcity Yugawara, Shizuoka, Yugawara, Japan
Year and Date
2016-11-27 – 2016-11-30
Int'l Joint Research
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