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心筋シミュレータを用いた定量的な薬効予測システムの研究

研究課題

研究課題/領域番号 17700393
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関京都大学

研究代表者

皿井 伸明  京都大学, 医学研究科, 科学技術振興講師 (00335259)

研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2007年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2006年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
キーワード心筋細胞数理モデル / 薬物作用 / simBio / 最適化 / 心筋細胞モデル / 生体シミュレーション
研究概要

今年度はヒトにおける薬効を推測しうるシステムの研究に取り組み、一定の成果を収めた。そのためにはシステム全般の改良に取り組む必要があった。すなわち、シミュレーションシステムsimBioの改良と更新、最適化プログラムの高速・高機能化、モルモット実心臓から最適化に適した記録を取得する手法の開発、ヒト心筋細胞数理モデルの開発、ヒト心筋における不整脈の再現に取り組んだ。
最適化プログラムでは、数理モデルのパラメータ空間であらかじめ計算結果を生成しておき、多数の入力データに対して高速に評価することを可能とした。最適化手法としては応答曲面法を実装し、パラメータ空間を可視化して最適解を求めることが出来た。これを用いて、13種類の薬剤投与実験結果を解析したところ、個々の薬剤について知られている作用を説明しうる結果が得られた。また分散計算ルーチン、最適化評価関数計算ルーチンを統合し、マニュアルを整備し、利用手順を簡便化してパッケージ化し、公開の準備を整えた。ランゲンドルフ灌流下のモルモット心臓標本から心筋活動電位と収縮張力を同時記録することで、よりシステムの精度を向上させた。ヒトでの催不整脈の評価に利用するため、ヒト心筋から得られたイオンチャネル電流記録などに基づき、ヒト心筋細胞数理モデルを開発している。ヒトからのデータはモルモット等の実験動物と比して限られているため、包括的モルモット心筋数理モデルを基準として機能要素をヒトのモデルに置き換えて実現している。そして、これを用いて自発性脱分極の再現に取り組んだところ、細胞内カルシウム動態に外乱を与えることで、後期再分極を再現しうることを発見した。

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) 図書 (1件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Acceleration of sensitivity analysis by distributed computation.2007

    • 著者名/発表者名
      Sarai N
    • 雑誌名

      Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 1

      ページ: 1144-1147

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of Ca^<2+> transporters and channels in the cardiac cell volume regulation2007

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi A, Tatsumi S, Sarai N, Terashima K, Matsuoka S, Noma A
    • 雑誌名

      Ann N Y Acad Sci 1099

      ページ: 377-382

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resistance of cardiac cells to NCX knockout: a model study2007

    • 著者名/発表者名
      Noble D, Sarai N, Noble PJ, Kobayashi T, Matsuoka S, Noma A
    • 雑誌名

      Ann N Y Acad Sci 1099

      ページ: 306-309

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ionic Mechanisms of Cardiac Cell Swelling Induced by Blocking Na+/K+ Pump As Revealed by Experiments and2006

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi A, Tatsumi S, Sarai N, Terashima K, Matsuoka S, Noma A
    • 雑誌名

      The Journal of General Physiology 128・5

      ページ: 495-507

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A Simulation Study to Rescue the Na+/Ca2+ Exchanger Knockout Mice.2006

    • 著者名/発表者名
      Sarai N, Kobayashi T, Matsuoka S, Noma A
    • 雑誌名

      The Journal of Physiological Sciences 56・3

      ページ: 211-217

    • NAID

      10020331558

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Modeling Cl- homeostasis and volume regulation of the cardiac cell.2006

    • 著者名/発表者名
      Terashima K, Takeuchi A, Sarai N, Matsuoka S, Shim EB, Leem CH
    • 雑誌名

      Philosophical Transactions of Royal Society Series A on 'Biomathematical Modelling' 364・1842

      ページ: 1245-1265

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Kyotoモデル-心筋細胞の包括的数理モデル2006

    • 著者名/発表者名
      皿井伸明, 野間昭典
    • 雑誌名

      医学のあゆみ 217

      ページ: 616-622

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] simBio : A Java package for the development of detailed cell models.2006

    • 著者名/発表者名
      Sarai N, Matsuoka S, Noma A.
    • 雑誌名

      Progress in Biophysics and Molecular Biology 90・1-3

      ページ: 360-377

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 包括的心筋細胞モデル(京都モデル)2005

    • 著者名/発表者名
      皿井 伸明, 松岡 達, 野間 昭典
    • 雑誌名

      血管医学 6・6

      ページ: 93-103

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 教育講座:心臓ペースメーカ2005

    • 著者名/発表者名
      野間昭典, 皿井伸明
    • 雑誌名

      日本生理学雑誌 67・6

      ページ: 203-215

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 活動電位のシミュレーション(Kyoto model)2005

    • 著者名/発表者名
      松岡 達, 皿井 伸明, 城 日加里, 野間 昭典
    • 雑誌名

      心臓 37・6

      ページ: 486-493

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] A Simulation Study on Ca^<2+>-dependent Regulation of Cardiac Energy Metabolism2007

    • 著者名/発表者名
      齊藤 隆太, 皿井 伸明, 松岡 達, 野間 昭典
    • 学会等名
      細胞・生体機能シミュレーションプロジェクト」京都大学拠点第4回国際シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2007-11-13
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Estimation of Arrhythmogenic Drug Effects by Using Simulation Method2007

    • 著者名/発表者名
      松田 裕之, 松岡 達, 皿井 伸明, 野間 昭典
    • 学会等名
      細胞・生体機能シミュレーションプロジェクト」京都大学拠点第4回国際シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2007-11-13
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Development of the Excitation-Contraction Coupling in the Human ventricular Cell Model.2007

    • 著者名/発表者名
      高畑 隆之, 朝倉 圭一, 皿井 伸明, 松岡達, 野間 昭典
    • 学会等名
      細胞・生体機能シミュレーションプロジェクト」京都大学拠点第4回国際シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2007-11-12
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 薬剤による催不整脈性の数理モデルを用いた定量的評価-Kyoto Modelを用いた検討2007

    • 著者名/発表者名
      松田 裕之, 松岡 達, 皿井 伸明, 野間 昭典.
    • 学会等名
      第24回日本心電学会学術集会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2007-10-06
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] simBio 心筋細胞のコンピュータ・シミュレーション2006

    • 著者名/発表者名
      皿井伸明 編著
    • 総ページ数
      220
    • 出版者
      京都通信社
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.card.med.kyoto-u.ac.jp/sarai/

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] 不整脈危険性評価装置、不整脈危険性評価システム、およびプログラム2006

    • 発明者名
      皿井伸明, 野間昭典, 朝
    • 権利者名
      京都大学, 日本新薬
    • 産業財産権番号
      2006-271601
    • 出願年月日
      2006-10-03
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [産業財産権] 生体パラメータ決定装置、およびプログラム2006

    • 発明者名
      朝倉 圭一, 皿井 伸明, 野間 昭典
    • 権利者名
      京都大学
    • 産業財産権番号
      2006-045670
    • 出願年月日
      2006-02-22
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

URL: 

公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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