Development of cell evaluation method using measurement of spontaneous magnetic field with high-sensitivity magnetometer

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22975
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: Yoshida Takashi 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (10546641)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 足立 善昭 金沢工業大学, 先端電子技術応用研究所, 教授 (80308585) ; 山口 武志 金沢工業大学, 先端電子技術応用研究所, 研究員 (20593437)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 生体磁気計測 / 計算機シミュレーション / 深層学習 / iPS細胞 / 再生医療

Outline of Final Research Achievements

We have developed a method to quantitatively evaluate iPS cell-derived cardiomyocytes by measuring the weak spontaneous magnetic field generated by their electrical activity using a SQUID sensor. As a method for detecting weak magnetic field signals of cellular origin from background noise, we have shown that deep learning using supervised data generated by superimposing simulation-estimated cellular magnetic fields and measured background magnetic fields is an effective method. In comparison with conventional biological signal detection methods such as frequency analysis and the ScaledTemplate method, we were able to show that deep learning is superior.

Free Research Field

整形外科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

iPS細胞由来心筋細胞は再生医療や薬効試験における細胞材料として有望な候補だと考えられているが、その実用化にあたり高速かつ自動化可能な品質評価手法が求められている。当研究で我々の開発した、細胞由来の微弱な磁場信号を深層学習を用いて検出する手法が、非侵襲・非破壊的に細胞の電気的活動を評価することを可能とし、心筋シートなど再生医療材料の分化度・安全性の評価や、薬理試験における催不整脈作用の検証といった用途に有望であると考えている。またこれまで細胞外電位や膜電位の測定では検出することが出来なかった電気生理学的情報が得られる新規手法としても期待される。