2016 Fiscal Year Annual Research Report
Computational analysis of low-dose radiation responses based on artificial neural network
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15K16088
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
服部 佑哉 東京工業大学, 工学院, 助教 (30709803)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 放射線 / 培養細胞 / バイスタンダー効果 / ニューラルネットワーク / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低線量の放射線が照射された培養細胞集団では、放射線が当たっていない細胞（非照射細胞）も存在する。しかし、この非照射細胞にも、DNA損傷や染色体異常等が現れることが報告されている。これは、放射線が当たった細胞から非照射細胞へ、なんらかの細胞間シグナル伝達が起こっていると考えられており、これらの現象はバイスタンダー効果と呼ばれている。本研究の目的は、バイスタンダー効果を1細胞レベルの細胞間シグナル伝達から理解することである。そのために、観測することが困難な細胞間シグナル伝達の時間変化・空間的な拡散を数理モデル上で表現し、細胞集団が示す放射線応答を1細胞レベルで計算機上にて再構築する。
平成27年度では、培養細胞集団中の各細胞の放射線応答と、細胞間シグナルの濃度分布を計算可能な数理モデルを構築した。モデルでは、細胞集団における（１）放射線照射、（２）照射によって誘発された細胞間のシグナル伝達、（３）放射線照射と細胞間シグナルによる細胞の損傷、（４）損傷によって引き起こされる細胞周期変調・細胞死について、これらの時間変化を個々の細胞ごとに表現した。そして、３つの異なる従来研究の実験結果について、放射線に対する細胞応答をモデルで十分に再現出来た。
平成28年度では、従来研究の実験で計測されてた結果を基に、モデルを使って数値解析することで、（１）照射された線量と細胞間シグナルの生成量の関係性、（２）細胞間シグナル量とDNA二本鎖切断数の関係性の推定を行い、細胞の応答特性の非線形性を示唆した。さらに、モデルの推定結果と比較するための放射線照射実験へ向けて、基礎的な実験を実施した。
本手法により、放射線が引き金となって個々の細胞から発生するコミュニケーションが、細胞集団全体にどのようにフィードバックを与えるか、モデルと実験を使った解析手法の基盤が構築できた。
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