| 研究課題/領域番号 |
19H01178
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分90:人間医工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
尾上 弘晃 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30548681)
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| 研究分担者 |
倉科 佑太 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40801535)
舟橋 啓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70324548)
山田 貴大 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20837736)
三浦 重徳 東京大学, 生産技術研究所, 特任講師 (70511244)
遠山 周吾 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (90528192)
藤田 淳 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任准教授 (10306706)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
46,670千円 (直接経費: 35,900千円、間接経費: 10,770千円)
2021年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2020年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2019年度: 27,300千円 (直接経費: 21,000千円、間接経費: 6,300千円)
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| キーワード | ヒトiPS由来心筋組織 / In vitro 組織成熟化 / 力学刺激 / ベイズ的最適化 / 画像処理 / 再生医療 / in vitro組織成熟化 / 単一細胞イメージング / ベイズ推定 / iPS由来心筋組織 / 機械学習 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は，多様な力学刺激条件によって促進されるin vitro 3次元組織の成熟化の条件探索プロセスを，計算機制御された力学刺激培養装置と単一細胞ライブイメージングおよび深層学習，ベイズ的最適化を併用することで，迅速かつ効率的・効果的なin vitro組織成熟化を可能とする新規方法論を創出することである．これにより，金銭的・時間的・人的に多大なコストが必要であった現在の再生医療研究開発の課題を革新的に解決すると同時に，汎用的な組織工学の次世代基盤技術の創出を目指す．
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| 研究成果の概要 |
知能化培養システムとして，力学刺激および電気刺激が可能な3次元培養チャンバを作製し，組織培養しながら形態をリアルタイムで蛍光観察可能なシステムを構築した．筋芽細胞株C2C12およびヒトiPS由来心筋細胞を培養し，刺激を印加しながら成熟化を評価した．C2C12と電気刺激の系において，画像処理により成熟化指標を抽出し，ベイズ的最適化で条件を最適化し，成熟化指標の向上を目指す実験サイクルを確立した．またヒトiPS由来心筋細胞を3次元ファイバ形状に構築して電気刺激により成熟化し，薬剤を作用させることで組織の収縮力変化が認められ，形成された心筋組織の薬剤試験応用の可能性が示された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により，ベイズ最適化による実験パラメータの機械的な最適化アルゴリズムを，３次元組織構築という生命科学や再生医療分野に重要な研究分野へ適用可能であることが示された．本研究の成果は，国際学術誌および関連の国際会議で成果として世界に対して発信された．今後本研究の成果をもとに研究を継続することで，心疾患に関する薬剤の開発や，心臓移植医療における新しい医療への発展に貢献できる．
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