2018 Fiscal Year Research-status Report
膵島の電気生理学的モデル化と非線形解析に基づく傍分泌効果と血糖値制御機構の解明
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18K11468
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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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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 膵島細胞 / Hodgkin-Huxley型数理モデル / カルシウムイオン濃度 / 血糖値 / 非線形振動 / 分岐解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膵臓に点在する膵島（ランゲルハンス島）という組織（細胞群）は，膵臓全体の体積の1-2％程度の小さな組織であるが，血糖値の制御や糖尿病に関わる最も重要な細胞が集まっている．本研究では，血糖値降下ホルモンであるインスリンを分泌するβ細胞だけではなく，血糖値上昇ホルモンのグルカゴンを分泌するα細胞，および，α，β細胞を制御するソマトスタチン分泌細胞のδ細胞を含めて，膵島の細胞集団全体をモデル化し，これら細胞間の相互作用（傍分泌効果）の態様と膵島が総体として行う血糖値制御メカニズムを解明することを目的とする．特に，ホルモンを介した細胞間の相互作用だけではなく，電気信号（活動電位）を介した相互作用が血糖値制御に関して決定的役割を担っていると考え，Hodgkin-Huxley型の微分方程式を用いた電気生理学的モデル化を行うことを目的としている．特に，シミュレーションだけではなく，分岐解析など，非線形動的システムの解析手法を駆使することが特徴である．
研究初年度である2018年度においては，膵島を構成する細胞であるβ細胞が示すバースト振動における遅い振動部とカルシウムイオン濃度動態の関係を詳細に調べた．そのために，β細胞のモデルとして低次元のモデルを用い，分岐解析を行うことで種々のイオン電流とバースト振動との関係を明らかにした．
さらに，α細胞に及ぼす血糖値の影響を調べるために，α細胞モデルにおいて血糖値の影響を直接受けるイオン電流に注目し，それらに関する分岐解析を行った．その結果，血糖値がα細胞の活動電位に及ぼす影響を明らかにし，血糖値がグルカゴン分泌に及ぼす影響を検討した．
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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
膵島を構成する細胞であるα細胞およびβ細胞のHodgkin-Huxley型モデルを用いて，分岐解析など種々の解析を行うことができた．当初計画の「単一細胞レベルでのα，δ細胞の解析」に対して，δ細胞の解析ができていないが，δ細胞はα細胞に類似点も多く，β細胞のカルシウムイオン濃度動態に関する解析も行えたことを鑑みると，進捗状況は「おおむね順調に進捗している」と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通り，α細胞，β細胞，δ細胞など膵島細胞の解析をさらに進展させ，また，それらの電気活動と血糖値とホルモン濃度・ホルモン分泌との関係を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
学会開催状況に依存して，当初の想定より旅費が少なくて済んだことにより，次年度使用額が生じた．今年度は，研究発表をさらに活発に行うなど，有効に使用する．
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