2019 Fiscal Year Research-status Report
オンデマンド膵臓刺激による2型糖尿病のデジタルコントロールの数理
| Project/Area Number |
19K12198
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
安東 弘泰 筑波大学, システム情報系, 准教授 (20553770)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 寛太郎 東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 数理モデル / 膵β細胞 / バースト発火 / 同期 / ネットワーク |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では, ２型糖尿病患者の膵臓内の膵β細胞を外部刺激することにより、そのインスリン分泌機能を制御するための数理的アプローチと検討する。特に、機能不全となった細胞の数理モデル化や膵臓刺激設計法の開発を目的とする。本年度は、膵β細胞のモデル化とそれに関連する細胞発火の非線形ダイナミクスの解析を進めた。具体的には、膵β細胞のTRPM2チャネルの数理モデルを構築し、そのバースト発火ダイナミクスを数値的に解析することにより、TRPM2チャネルがインスリン分泌へ寄与することを示した。特に、TRPM2に関わる生理実験で知られているような、静止電位の上昇とバースト時間の延長がシミュレーションにより再現可能であることがわかった。また、膵β細胞の刺激設計のスキームとして、体外からの電気刺激に相当する雑音入力と体内での律動制御機構としての周期入力の効果を膵β細胞ネットワークの数理モデルにおいて検証することにより、膵β細胞のもつ非線形ダイナミクスを効果的に活用するための刺激設計の方法論を考案した。また、膵β細胞と同様の電気的活動を示す神経細胞のネットワークにおいて、その興奮性抑制性神経細胞のバランスが神経活動とネットワーク形成に与える影響を明らかにした。
さらに、本研究テーマを実用化する際に重要と考えられるデータ共有のアルゴリズムを開発した。具体的には複数機関にまたがるデータセットを秘匿性を考慮した形で共有可能なアルゴリズムを開発した。特に、データにばらつきやノイズがあってもロバストに共有できる手法を提案した。
|
| 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β細胞の数理モデル化と刺激設計の方策策定についての研究が順調に進んでおり、適宜学会発表などを行なっている。また、派生した研究として、データ共有アルゴリズムに関する研究も論文化することができており、新たな方向性も開拓しつつある。加えて、次年度の機械学習法を踏まえた刺激設計に関連する共同研究も開始しており、次年度の研究の加速が期待される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策として、これまでに構築した生理学的に妥当な膵β細胞のネットワークダイナミクスの解析を行う。さらに、インスリン分泌に関わる膵β細胞バースト発火ダイナミクス制御のための方法論を大規模なネットワークにおいて数値シミュレーションにより実証する。加えて、実データを利用した機械学習による生体の電気的活動の解析を行い、刺激設計の個別化に活用する。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の蔓延のため当初想定していた出張計画がキャンセルとなったため次年度使用額が生じた。次年度の謝金として利用することを計画している。
|
Research Products
(6 results)
