| 研究領域 | 仮想人体構築学チップ上に再現した臓器からみる全身代謝の分子ネットワーク |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05743
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 東京医科大学 |
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研究代表者 |
杉本 昌弘 東京医科大学, 医学部, 教授 (30458963)
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| 研究分担者 |
斎藤 輪太郎 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 特任教授 (40348842)
前田 和勲 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 助教 (50631230)
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| 研究期間 (年度) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
51,480千円 (直接経費: 39,600千円、間接経費: 11,880千円)
2022年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
2021年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2020年度: 20,150千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 4,650千円)
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| キーワード | 生体医工学関連 / バイオ機能応用およびバイオプロセス工学関連 / 生体医工学 / 生物物理学関連 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、生体内の細胞・臓器・個体レベルで起きる様々な分子レベルの相互作用を数理モデル化して、その動態を包括的に理解することを目指す。多臓器にわたる全身性疾患の再現や、実証実験による精度検証したモデル化の研究例は少ない。そこで、本研究では、代謝をモデル化し、臓器内で起きる空間的局在や細胞間の物質収支を考慮したヘテロな環境を再現する。多臓器臓器モデル培養系を利用して臓器間の相互作用のモデル化・検証も行う。臓器間連動の再現やそのメカニズムの理解、特に生化学的な合理性の解明を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、生体でおきる動的な変化を数理モデルとして実装してシミュレーションを実施した。特に代謝に関係するモデルを開発・評価のために、他班と協力して生体試料のメタボローム解析も実施してきた。分子レベルの代謝のモデルとしては、肝細胞が門脈近くと静脈近くで薬剤代謝とエネルギー代謝の動態が異なる現象をモデル化した。よりマクロなシミュレーションとしては、肝臓の繊維化に様々な異なる細胞が関与してコラーゲンの蓄積が進む様子をエージェント指向モデルにて実装した。また、がんの血管新生に物理的・化学的な特徴をモデル化し、抗がん剤の効果予測などを行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
【研究成果の学術的意義】本研究では既知の知見をボトムアップ的に積み上げて数理モデルを開発し、生体内の現象で複雑な要素の定量的な関係性を明らかにすることができた。数理モデルによるシミュレーションで十分なバリデーションを行うことができれば、様々な仮想的な実験を行うことができる。ただし従来のモデル化の方法では、１細胞の精緻化が主体的であったため、本研究では同一細胞でも環境に応じて異なる動態を示すことや、組織レベルで様々な細胞が相互作用することなどを実装した。
【社会的意義】本研究はシステムズ・バイオロジーが目指す数理モデルによる生体の理解を実践した具体的な事例を研究成果として創出することができた。
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