2021 Fiscal Year Annual Research Report
培養HL-1心筋細胞とその数理モデルを用いた心筋システム制御理論の構築と実証
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19K07290
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| Research Institution | Kanazawa Medical University |
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Principal Investigator |
倉田 康孝 金沢医科大学, 医学部, 教授 (00267725)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
九田 裕一 金沢医科大学, 医学部, 講師 (50566916)
津元 国親 金沢医科大学, 医学部, 准教授 (70353331)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | システム生理学 / 非線形力学 / 分岐理論 / 生物・生体工学 / 生物物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、培養HL-1マウス心房筋細胞の実験系とその電気生理学的特性を記述する数理モデルを用い、非線形システムである心筋細胞・組織の電気現象を理論的解析データに基づいて合理的に制御できることを証明することである。2019～2020年度は、異常自動能・興奮伝導異常を再現できるパッチクランプおよび蛍光電位・Ca2+濃度測定の実験システムとHL-1細胞の数理モデルを用いた異常自動能発現制御解析のための分岐現象解析システムを構築し、HL-1細胞における脱分極誘発自動能および早期後脱分極が分岐現象によって生じることを証明した。また、脱分極誘発自動能の制御には内向き整流K+チャネル電流の抑制あるいは過分極活性化陽イオンチャネルの導入が有効であることを実験的に証明し、早期後脱分極の抑制にはL型Ca2+チャネル電流あるいは一過性外向きK+チャネル電流の抑制が有効であることを示した。
2021年度は、２年間の研究実績を基に、モデル細胞での早期後脱分極を含めた異常自動能を誘発するパラメータ依存性分岐現象をパラメータ調節（内向き整流K+チャネル電流、遅延整流K+チャネル電流等の修飾）により制御できることを証明し、分岐制御の観点から、異常自動能の抑制やバイオペースメーカー活性の発現調節が可能であることを理論的に示した。さらに、培養HL-1細胞を用いたイオンチャネル修飾薬投与およびイオンチャネル遺伝子発現制御実験により、脱分極誘発自動能、早期後脱分極の制御が実験系で可能であること、実験結果と理論的予測がよく合致していることを証明することができた。脱分極自動能をもたらす分岐現象の制御には内向き整流K+チャネルおよびL型Ca2+チャネルの修飾が有効であること、早期後脱分極をもたらす分岐現象の制御には遅延整流K+チャネル電流の増強あるいは活性化の加速が最も効率的であることが明らかとなった。
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