細胞社会は互いのコミュニケーションをどのようにとっているか：複雑系の視点

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K12651
• Research Institution: Dokkyo Medical University
• Principal Investigator: 岸本 聡子 獨協医科大学, 医学部, 講師 (10511488)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 健一 獨協医科大学, 医学部, 准教授 (90587974) ; 張山 昌論 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (10292260)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 創傷治癒 / 細胞間コミュニケーション / 生体シミュレーション / 炎症性サイトカイン / 細胞外マトリクス / 複雑系 / マルチエージェントシミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

これまでに、組織に常駐する間質細胞と骨髄から動員された免疫細胞をそれぞれ蛍光標識して観察できるモデルマウスを作成し、急性炎症における細胞の動きを安定してtime-lapse蛍光顕微鏡で撮影した。プライミング刺激によって骨髄から動員された好中球のswarming現象が観察された。しかし、蛍光標識の特異性と感度の問題から、当初計画していた免疫細胞と線維芽細胞の二重標識は難航した。そこで、Col1a1遺伝子で活性化した線維芽細胞が赤色蛍光標識されるマウスを使用することにした。CreドライバーマウスとtdTomatoレポーターマウスを導入して交配させ、タモキシフェン投与によりtdTomatoを活性化させてモデルマウスを作成する。このモデルマウスでは、好中球、マクロファージ、活性化した線維芽細胞の3種類の相互作用を観察することができる。Creドライバーマウスは凍結胚で導入して生体復元済みであり、tdTomatoレポーターマウスも近日中に導入される予定である。
またここまでの成果を論文投稿した際に、開発したエージェントシミュレーションの汎用性に限界があることを指摘された。査読者の勧めで、近年利用者の増えているPhysiCellへの移植を試みた。PhysiCellは細胞増殖、細胞死、遊走、サイトカインの産生と拡散・分解を再現可能な、エージェント・微分方程式ハイブリットモデルである。好中球の動きはPhysiCellで再現できたが、間質細胞の産生する細胞外マトリックス（ECM）の取り扱いには、新しい計算モジュールが必要であることが分かった。現在ECMの濃度と異方性、サイトカインの安定性増加を兼ね備えたモジュールを開発しており、複数細胞種が相互作用するシミュレーションを実行する。またこれらのモジュールは、PhysiCellの機能拡張として公開する計画である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

モデル動物の線維芽細胞を生きたまま観察する条件は整ったが、蛍光標識の特異性と感度の問題から免疫細胞と線維芽細胞の二重標識は実現しなかった。トラブルシュートとして、Col1a1遺伝子（コラーゲンをコード）で赤色蛍光標識したマウスを使用することとし、モデルマウスの整備を進めている。

Strategy for Future Research Activity

モデル動物の線維芽細胞を生きたまま観察する条件は整ったが、蛍光標識の特異性と感度の問題から免疫細胞と線維芽細胞の二重標識は実現しなかった。トラブルシュートとして、Col1a1遺伝子（コラーゲンをコード）で赤色蛍光標識したマウスを使用することとし、モデルマウスの整備を進める。
また、間質細胞の産生する細胞外マトリックス（ECM）の取り扱いに新しい計算モジュールが必要であることが分かったため、ECMの濃度と異方性、サイトカインの安定性増加を兼ね備えたモジュールを開発し、PhysiCellの機能拡張として公開する計画である。

Causes of Carryover

使用するモデル動物を変更することになったため、次年度使用額は新たなモデル動物の整備に充当する予定である。