2017 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-level analysis of ischemic heart disease pathology based on heterogeneity in mechano-electric coupling
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16K12878
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
入部 玄太郎 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (90284885)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 虚血性心疾患 / 不均一性 / 数理モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心筋細胞の機械的な負荷環境が細胞機能を修飾していることがわかってきている（機械負荷電気生理相互作用：mechano-electric coupling, MEC）が、その機械的負荷環境は心室壁の内膜側と外膜側で異なる。また、電気生理学的性質なども内膜側と外膜側で異なるためにMECも異なっている可能性がある。虚血性心疾患は機械的負荷による心筋酸素需要の増加も原因のひとつであるが、機械的負荷に対する細胞の反応が異なるのであれば心筋酸素需給バランスの破綻に対する反応も内膜側と外膜側で異なる可能性がある。前年度までに我々はマウス左心室自由壁の内膜側と外膜側の細胞を単離し、我々が開発した心筋細胞伸展システムを用いて疑似虚血下のMECを検討し、虚血により心筋細胞機能の壁内不均一性が増強されることを明らかにした。
本年度はこれら実験的に明らかになった挙動をコンピュータ・シミュレーションで再現するための心筋細胞の心内膜側と心外膜側の基本モデルの開発を進めた。開発ベースとなるモデルとして、オックスフォード・エカテリンブルグ(OE)モデルの心内外膜側の両心筋細胞モデルを用いた。本年度までの研究により虚血のない状態では、前負荷が小さい（伸展していない）時は最大収縮到達時間(Tmax)と細胞内カルシウム濃度の減衰時定数は心内膜側で有意に長い。伸展とともにTmaxは内膜側と外膜側両方で延長するが、延長の度合いは心外膜側で大きく、結果内膜側と外膜側の不均一性が小さくなることが明らかとなっている。これは既存のOEモデルでは再現できないが、これにカルシウム～トロポニン～クロスブリッジのcooperativityに伸展依存性を組み込んだ場合に細胞実験結果が再現できることが明らかとなった。今後もこのモデルを発展させ、虚血時の力学的挙動、MECの壁内不均一をも再現するモデルを目指す。
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