| Project/Area Number |
19K22962
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
Ujihara Yoshihiro 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80610021)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
毛利 聡 川崎医科大学, 医学部, 教授 (00294413)
中村 匡徳 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)
西辻 光希 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (60770823)
花島 章 川崎医科大学, 医学部, 講師 (70572981)
橋本 謙 川崎医科大学, 医学部, 准教授 (80341080)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 鳥類 / ウズラ / 心筋細胞 / カルシウム / 筋小胞体 / T管膜 / 心臓 / ラット / バイオメカニクス / 循環生理学 / メカノバイオロジー / 哺乳類 / 両生類 / バイオミメティクス / 比較生理学 / 心不全 |
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| Outline of Research at the Start |
我々哺乳類の心筋細胞にはT管膜が存在し、この特殊構造は高い心機能を発揮するのに必要不可欠である。重篤な心不全では、T管膜が崩壊していることが知られているが、その根本的な対策は未明である。
鳥類は、哺乳類と同様に高い心機能を有している。しかし驚くべきことに、哺乳類に必須であるT管膜は、鳥類の心筋細胞には存在しない。そこで本研究では、T管膜の崩壊した重篤な心不全に対する革新的な治療戦略の創出に向け、鳥類の心臓を階層的・多面的な視点で解析し、T管膜なしでも高い心機能を発揮する仕組みを明らかにすることを目指す。従来の哺乳類のみの知見に基づく治療とは根本的に異なる戦略の創出につなげたい。
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| Outline of Final Research Achievements |
The contraction and relaxation of cardiomyocytes are regulated by intracellular Ca2+ concentration. In mammalian cardiomyocytes, a special membrane structure known as the T-tubule exists, enabling rapid changes in Ca2+ concentration. On the other hand, birds lack T-tubules; however, they maintain high heart rates, suggesting that birds achieve rapid changes in Ca2+ concentration through mechanisms different from those of mammals. In this study, we compared the changes in Ca2+ concentration in cardiomyocytes between birds (quails) and mammals (rats). The results revealed that quail cardiomyocytes have a higher Ca2+ removal capacity than rat cardiomyocytes. Specifically, they achieved efficient Ca2+ concentration changes by enhancing the Ca2+ uptake ability into the sarcoplasmic reticulum, the intracellular Ca2+ store.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
哺乳類の心筋細胞に存在するT管膜は，心筋細胞の収縮・弛緩を制御するCa2+の濃度変化を迅速化し，心臓の高い心拍数を支えています．そのため，T管膜の崩壊は心不全を引き起こします．しかし，鳥類の心筋細胞はT管膜が存在しないにも関わらず，高い心拍数を誇ります．本研究では，鳥類のウズラと哺乳類のラットの心筋細胞のCa2+濃度変化を比較したところ，ウズラの心筋細胞はT管膜がない代わりに，細胞内のCa2+ストアへのCa2+の取り込み能力が非常に高く，結果としてCa2+濃度変化が迅速であることがわかりました．この成果は，T管膜が崩壊した重篤な心不全に対する新たな治療法の開発に繋がる可能性があります．
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