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階層フィードバックを考慮したマルチスケール数理モデルと疾患力学系の解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K05265
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 数学基礎・応用数学
研究機関北海道大学 (2018)
東京大学 (2016-2017)

研究代表者

中岡 慎治  北海道大学, 先端生命科学研究院, 特任講師 (30512040)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード数理モデル / 応用数学 / 生命医科学 / モデル化 / 数理工学 / 数学基礎論 / 免疫学 / 再生医学
研究成果の概要

ガンや皮膚炎など疾患は、たんぱく質 (分子) や細胞の異常が組織 (皮膚など) に拡大波及したものである。疾患の中には、分子 (速いダイナミクス) と組織 (遅いダイナミクス) 間に階層フィードバックが存在し、悪循環によって発症するものがある。

本研究では、階層フィードバックを考慮した疾患のマルチスケールダイナミクスを数理モデルによって研究する。疾患マルチスケールモデル研究の発展と同時に、医学の課題にも貢献し得る成果を発信するのが目的である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、分子 (速いダイナミクス) と細胞・組織 (遅いダイナミクス) レベルで見られるタイムスケールの違いを考慮した生命現象を取り扱う上で役立つ数理モデルを開発することができた。

開発した数理モデルをもとに、実データを解析して得られた結果を生物学・医学に基づいて解釈することで、様々な疾患に対する理解が得られるとともに、将来的に疾患を制御する上で重要な示唆を得ることができた。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 9件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 11件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] Konkuk University(韓国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] UNIST(韓国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Mathematical analysis of a transformed ODE from a PDE multiscale model of hepatitis C virus infection2019

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa K., Kuniya T., Nakaoka S., Asai Y., Watashi K. and Iwami S.
    • 雑誌名

      Bulletin of Mathematical Biology

      巻: 81(5) 号: 5 ページ: 1427-1441

    • DOI

      10.1007/s11538-018-00564-y

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Calculation of final size for vector-transmitted epidemic model2019

    • 著者名/発表者名
      Tsubouchi Yu、Takeuchi Yasuhiro、Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Mathematical Biosciences and Engineering

      巻: 16 号: 4 ページ: 2219-2232

    • DOI

      10.3934/mbe.2019109

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] T-Cell mediated adaptive immunity and antibody-dependent enhancement in secondary dengue infection2019

    • 著者名/発表者名
      Sasmal Sourav Kumar、Takeuchi Yasuhiro、Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 470 ページ: 50-63

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2019.03.010

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A PDE multiscale model of hepatitis C virus infection can be transformed to a system of ODEs2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kitagawa, S. Nakaoka, Y. Asai, K. Watashi, S. Iwami
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 48 ページ: 80-85

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2018.04.006

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Delayed feedback induced complex dynamics in an Escherichia coli and Tetrahymena system2018

    • 著者名/発表者名
      Dong Yueping、Sen Moitri、Banerjee Malay、Takeuchi Yasuhiro、Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Nonlinear Dynamics

      巻: 94 号: 2 ページ: 1447-1466

    • DOI

      10.1007/s11071-018-4434-4

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Data-Driven Mathematical Modeling of Microbial Community Dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Handbook of Statistics

      巻: 39 ページ: 93-130

    • DOI

      10.1016/bs.host.2018.08.001

    • ISBN
      9780444640727
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The CCR4-NOT deadenylase complex controls Atg7-dependent cell death and heart function2018

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Tomokazu et al
    • 雑誌名

      Science Signaling

      巻: 11 号: 516 ページ: 3638-3638

    • DOI

      10.1126/scisignal.aan3638

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of tumor immune escape via adaptive change2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Nakada, Mizuho Nagata, Yueping Dong, Yasuhiro Takeuchi, and Shinji Nakaoka
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 9 号: 2 ページ: 295-304

    • DOI

      10.1587/nolta.9.295

    • NAID

      130006602760

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sporadic on/off switching of HTLV-1 Tax expression is crucial to maintain the whole population of virus-induced leukemic cells.2018

    • 著者名/発表者名
      Mahgoub M, Yasunaga JI, Iwami S, Nakaoka S, Koizumi Y, Shimura K, Matsuoka M.
    • 雑誌名

      Proc Natl Acad Sci U S A

      巻: 115 号: 6 ページ: 529-538

    • DOI

      10.1073/pnas.1715724115

    • NAID

      120006697286

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A mathematical model of multiple delayed feedback control system of the gut microbiota?Antibiotics injection controlled by measured metagenomic data2018

    • 著者名/発表者名
      Dong Yueping、Takeuchi Yasuhiro、Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Nonlinear Analysis: Real World Applications

      巻: 43 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1016/j.nonrwa.2018.02.005

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A highly pathogenic simian/human immunodeficiency virus effectively produces infectious virions compared with a less pathogenic virus in cell culture2017

    • 著者名/発表者名
      Iwanami S, Kakizoe Y, Morita S, Miura T, Nakaoka S, Iwami S
    • 雑誌名

      Theor Biol Med Model

      巻: 14 号: 1 ページ: 9-9

    • DOI

      10.1186/s12976-017-0055-8

    • NAID

      120006305768

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamics of epidermis: A mathematical model2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka, Sota Kuwahara, Chang Hyeong Lee, Hyejin Jeon, Junho Lee, Yasuhiro Takeuchi, Yangjin Kim
    • 雑誌名

      Applied Science

      巻: 6 号: 9 ページ: 252-252

    • DOI

      10.3390/app6090252

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Modelling Ebola virus dynamics: Implications for therapy.2016

    • 著者名/発表者名
      Martyushev A, Nakaoka S, Sato K, Noda T, Iwami S.
    • 雑誌名

      Antiviral Res

      巻: 135 ページ: 62-73

    • DOI

      10.1016/j.antiviral.2016.10.004

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Trajectory inference of disease onset from non-time series microbiome datasets2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      South Lake Workshop in Bioinformatics and System Biology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Invasibility threshold and persistence of bacterial species2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      Annual meeting of Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development and applications of an optimization method to detect neighbor equilibria of a trajectory for Lotka-Volterra systems2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      12TH AIMS INTERNATIONAL CONFERENCE
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Trajectory inference of HIV progression with microbiome data2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      SMB&JSMB2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mathematical and informatics analysis of community composition change of the gut microbiota2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      2018 INTERNATIONAL WORKSHOP ON MATHEMATICAL BIOLOGY
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Compositional change of the gut microbiota in HIV infected humanized mice2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka, Kei Sato
    • 学会等名
      Next Gen Immunology
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of responding factors to external perturbation in a microbial community2017

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Data mining of metabolic interactions in a gut microbial community induced by viral infection2017

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka, Kei Sato
    • 学会等名
      SMB 2017 Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ウイルス感染時における常在細菌叢との宿主免疫応系の代謝相互作用に関するデータマイニング2017

    • 著者名/発表者名
      中岡慎治,佐藤佳
    • 学会等名
      第90回日本細菌学会総会
    • 発表場所
      仙台、日本
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Exploration of combinatorial emergence in coupled boolean network systems2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      The 22nd International Conference on Difference Equations and Applications
    • 発表場所
      大阪, 日本
    • 年月日
      2016-07-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation for population kinetics of reservoir cells in HIV infection2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      A3 Workshop on Interdisciplinary Research Connecting Mathematics and Biology
    • 発表場所
      北京, 中国
    • 年月日
      2016-04-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of a computational grammar for immune cell processes2016

    • 著者名/発表者名
      中岡慎治
    • 学会等名
      日本数理生物学会年会
    • 発表場所
      博多、日本
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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