2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the optimal control of cardiomyocytes beating in chronic hemodialysis treatment
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21H03848
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
濱田 浩幸 九州大学, 農学研究院, 助教 (80346840)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
崎山 亮一 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (30408471)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 慢性血液透析療法 / 心筋拍動能 / 最適制御 / 計算機シミュレーション / 細胞シート工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
慢性血液透析患者は、治療中の体液中溶質濃度の急激な変化により様々な生体機能障害（透析不均衡症候群）を経験する。その症候群において最も致命的なインシデントは心臓の不整脈発生から心停止に至る心機能障害であり、その繰り返しは確実に心機能を低下させ、心不全を招来する。このような心血管系合併症は慢性血液透析患者の大多数で診られ、世界随一の血液透析医療技術と臨床成績を誇る我が国でさえ、心不全は慢性血液透析患者の死因の約２５％を占める（日本透析医学会統計調査委員会, 2019）。このインシデントの最大の予防策となる『心機能にやさしい慢性血液透析療法』の構築は全世界共通の重要かつ喫緊の課題と位置づけられている。本研究課題では、代替腎と心筋組織の拍動能の確率的数理解析（Dry）と心筋組織を用いた電気生理学ならびに分子生物学実験（Wet）を同時に実践し、慢性血液透析治療中の心筋組織の負荷状況の解明と心筋組織の収縮力と拍動リズム（拍動能）の最適制御の技術基盤構築を目指す。
初年度は、電気生理学に基づく心筋細胞拍動能の数理解析を実践し、血漿と透析液の間のカルシウムイオン濃度の較差に伴うNa/Ca exchangerの電解質輸送能亢進が治療中の収縮不全と催不整脈の要因の１つであることを特定した。しかしながら、計算サーバーの納品が部材不足のため次年度へ変更となり、カリウム動態の数理解析の進捗に大きな影響がでた。一方、組織工学に基づく筋細胞シートの構築は進み、電気刺激により筋細胞シートが収縮するプロセスを評価することができた。これにより、in silico & in vitro simulatorの開発の実現可能性が高まった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
計算サーバーの納品が部材不足のため次年度へ変更となり、数理解析の進捗に大きな影響がでた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度早々に、計算機サーバーを納入し、環境構築を完了する。そして、in silico simulatorの開発を急ぎ、心筋拍動能の安定化を目的とする透析治療中の電解質濃度の最適制御システムの開発に着手する。また、血液透析治療中の心筋拍動能障害を回避する阻害薬の薬効評価システムを開発し、in vivo simulatorの妥当性を確認する。
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