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サイバー・フィジカルシステムによる高精度な心毒性の評価手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19H02117
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
研究機関早稲田大学

研究代表者

梅津 信二郎  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70373032)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
キーワード薄膜エレクトロニクス / 心筋細胞 / 細胞外電位 / 収縮力 / 解析 / エレクトロニクスシート / 人工心筋細胞組織 / スマートエレクトロニクス / 心毒性 / 薬効評価 / 数値計算 / 人工細胞組織 / 創薬 / スマートエレクトロニクスシート / 細胞組織 / iPS細胞 / サイバー・フィジカルシステム / 細胞 / 不整脈 / 人工生体組織 / 創薬研究 / 生体情報
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、創薬失敗の2割を占めるのが心毒性なので、心毒性に関しての新しい評価方法を提案することである。具体的には、スマートエレクトロニクスシートによって、細胞組織内部の局所的な生体情報を測定すると共に、数値計算と 情報工学を援用することによって、組織全体における薬剤応答を把握する。

研究成果の概要

テーラーメイド薬を始めとする様々な新薬開発に関する研究が盛んであるが、より高精度に薬効評価が可能な測定システムの開発と、数値解析システムを構築することによって、薬剤応答の正確な把握が可能になり、副作用と関連がある小さなシグナルを検出できるのではないかと考えた。そこで本研究では、薄膜エレクトロニクスを使用することでこのような測定システムを開発した。また、従来の数値解析システムを改良し、高精度に測定したデータを使用することによって、解析精度の向上を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

日本は超高齢社会を迎えており、また心臓に関する疾患は、致死性が高いものが多いため、この薬剤応答の高精度化は、重要である。また、心臓は体全体に血液を送るポンプの役目を担う唯一の臓器のため、侵襲性の高い測定ができない。このことから、iPS由来の心筋細胞組織を対象とした高精度な測定システムを構築と、数値解析を援用して心毒性・薬剤応答を評価することは、学術的にも社会的にも意義のあることである。本研究では、薄膜エレクトロニクスによる測定システムの構築とそこで取得したデータを活用した数値解析システムを構築した。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 6件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 12件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Simultaneous measurement of contractile force and field potential of dynamically beating human iPS cell-derived cardiac cell sheet-tissue with flexible electronics2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Ohya, Haruki Ohtomo, Tetsutaro Kikuchi, Daisuke Sasaki, Yohei Kawamura, Katsuhisa Matsuura, Tatsuya Shimizu, Kenjiro Fukuda, Takao Someya, and Shinjiro Umezu
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 21 号: 20 ページ: 3899-3909

    • DOI

      10.1039/d1lc00411e

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Remote radio control of insect flight reveals why beetles lift their legs in flight while other insects tightly fold2021

    • 著者名/発表者名
      Kosaka Takumi、Gan Jia Hui、Long Le Duc、Umezu Shinjiro、Sato Hirotaka
    • 雑誌名

      Bioinspiration & Biomimetics

      巻: 16 号: 3 ページ: 036001-036001

    • DOI

      10.1088/1748-3190/abe138

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spray Pyrolyzed TiO2 Embedded Multi-Layer Front Contact Design for High-Efficiency Perovskite Solar Cells2021

    • 著者名/発表者名
      Shahiduzzaman Md.、Hossain Mohammad Ismail、Visal Sem、Kaneko Tetsuya、Qarony Wayesh、Umezu Shinjiro、Tomita Koji、Iwamori Satoru、Knipp Dietmar、Tsang Yuen Hong、Akhtaruzzaman Md.、Nunzi Jean-Michel、Taima Tetsuya、Isomura Masao
    • 雑誌名

      Nano-Micro Letters

      巻: 13 号: 1

    • DOI

      10.1007/s40820-020-00559-2

    • 関連する報告書
      2020 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] Metal-plastic hybrid 3D printing using catalyst-loaded filament and electroless plating2020

    • 著者名/発表者名
      Zhan Jing、Tamura Takayuki、Li Xiaotong、Ma Zhenghao、Sone Michinari、Yoshino Masahiro、Umezu Shinjiro、Sato Hirotaka
    • 雑誌名

      Additive Manufacturing

      巻: 36 ページ: 101556-101556

    • DOI

      10.1016/j.addma.2020.101556

    • 関連する報告書
      2020 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] Smooth and slipless walking mechanism inspired by the open?close cycle of a beetle claw2020

    • 著者名/発表者名
      Shima Daiki、Gan Jia Hui、Umezu Shinjiro、Sato Hirotaka
    • 雑誌名

      Bioinspiration & Biomimetics

      巻: 16 号: 1 ページ: 016011-016011

    • DOI

      10.1088/1748-3190/abb0ca

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Airtight, flexible, disposable barrier for extubation2020

    • 著者名/発表者名
      Hirose Kayo、Uchida Kanji、Umezu Shinjiro
    • 雑誌名

      Journal of Anesthesia

      巻: 34 号: 5 ページ: 798-799

    • DOI

      10.1007/s00540-020-02804-9

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Paper based electrochemical sensors using paper as scaffold to create porous carbon nanotube electrodes2020

    • 著者名/発表者名
      Christopher J. Valentine, Kensuke Takagishi, Shinjiro Umezu, Ronan Daly, and Michael De Volder
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: XXX 号: 27 ページ: 30680-30685

    • DOI

      10.1021/acsami.0c04896

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 昆虫の飛翔特性2019

    • 著者名/発表者名
      高坂拓実, 清水貴裕, 佐藤裕崇, 梅津信二郎
    • 雑誌名

      日本画像学会誌

      巻: 58(4) ページ: 441-446

    • NAID

      130007689330

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Towards IoT compatible thin-film healthcare wearables2021

    • 著者名/発表者名
      Marc J. Montagut Marques, Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Functional Material Application (ICFMA 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A simplified electromechanical model of cardiac myocyte coupling with fibroblast2021

    • 著者名/発表者名
      Zikai Zhou, Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Functional Material Application (ICFMA 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Establishment of ABS Resin Electrospinning Method Utilizing Acetone as Solvents2021

    • 著者名/発表者名
      Yue Cui, Kewei Song, Kayo Hirose, Md Shahiduzzaman and Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Stretching Resistance of CNT-Based Flexible pH Sensor2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kobayashi, Hisashi Sugime, Suguru Noda, Kayo Hirose and Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超薄膜電極の薬効・心毒性評価システムへの応用研究2021

    • 著者名/発表者名
      大矢貴史,菊地鉄太郎, 佐々木大輔, 松浦勝久, 清水達也, 福田憲二郎, 染谷隆夫, 梅津信二郎
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] "Control Growth of Electrostatic Inkjet Deposited-TiO2 Porous Structure for Dye-sensitized Solar Cells"2020

    • 著者名/発表者名
      Boyang Chen, Hiroki Fukuhara, Md. Shahiduzzaman, Koji Tomita, Satoru Iwamori, and Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Surface and Interface Fabrication Technologies(ICSIF)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Mechanical Properties of ablators for re-entry Capsule by Interlaminar Strength Test2020

    • 著者名/発表者名
      Ryota Samo, Toshiyuki Suzuki, Yuki Kubota. Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Surface and Interface Fabrication Technologies(ICSIF)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生体外におけるヒト子宮内膜間質細胞シートの厚みに卵巣ホルモンが与える影響の検討2020

    • 著者名/発表者名
      藤田 真央, 坂口勝久, 藏本吾郎, 梅津信二郎, 清水達也
    • 学会等名
      日本機械学会主催2020年度茨城講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 静電インクジェット法を用いた二酸化チタン薄膜の構造制御とペロブスカイト太陽電池への応用2020

    • 著者名/発表者名
      宇沢, モハマドシャヒドゥザマン, 冨田恒之, 岩森暁, 梅津信二郎
    • 学会等名
      日本材料科学会主催2020年度学術講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 静電インクジェットを用いた機能性TiO2層の作製2020

    • 著者名/発表者名
      陳柏陽,唐鳴毅,モハマドシャヒドゥザマン,冨田恒之,岩森 暁,梅津信二郎
    • 学会等名
      日本材料科学会主催2020年度学術講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Flying Cyborg: A New Approach for the Study of Coleoptera's Flight Pitching2019

    • 著者名/発表者名
      Yao Li, Ying HU, Shinjiro Umezu, Hirotaka Sato
    • 学会等名
      2019 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems (CBS)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Insect Cyborgs with Artificial Wings2019

    • 著者名/発表者名
      Takumi Kosaka, Takahiro Shimizu, Hirotaka Sato, Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      2019 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems (CBS)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discussion of using OpenPose to analysis the walking parameter2019

    • 著者名/発表者名
      Cheng Zhou, Kayo Hirose, Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      International Symposium on BioComplexity (ISBC) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Toxicity evaluation of alginate lyase for dissolving alginate gel used as support material2019

    • 著者名/発表者名
      Ryu-ichiro Tanaka,Katsuhisa Sakaguchi,Tatsuya Shimizu,Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      International Symposium on BioComplexity (ISBC) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Electrodes for Long-term High Precision ECG Measurement that is Non-invasive to Everyday Life2019

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Sui,Toshinori Fujie,Kayo Hirose, Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      International Symposium on BioComplexity (ISBC) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fundamental Study of Film Thickness of Parylene Film in Measurement of Contractile Force of Cardiomyocytes2019

    • 著者名/発表者名
      Haruki Ohtomo, Takashi Ohya, Tetsutaro Kikuchi, Daisuke Sasaki, Tatsuya Shimizu, Katsuhisa Matsuura ,Kenjiro Fukuda, Takao Someya, Shinjiro Umezu
    • 学会等名
      International Symposium on BioComplexity (ISBC) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非侵襲的心電モニタリングに適した電極の基礎特製の検討2019

    • 著者名/発表者名
      須井翼,藤枝俊宣,廣瀬佳代,梅津信二郎
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 医療機関受診前での心室細動患者拾い上げデバイスの開発2019

    • 著者名/発表者名
      廣瀬佳代, 須井翼, 藤枝俊宣, 梅津信二郎, 山田芳嗣
    • 学会等名
      日本麻酔科学会第66回学術集会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 立体組織構築のためのバイオプリンタを用いたハイドロゲルのマイクロ加工2019

    • 著者名/発表者名
      田中龍一郎,坂口勝久,清水達也,梅津信二郎
    • 学会等名
      日本材料科学会学術講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] パリレンフィルム上心筋組織の収縮力増大方法の検討2019

    • 著者名/発表者名
      大友春輝, 大矢貴史, 菊地鉄太郎, 佐々木大輔, 清水達也, 松浦勝久, 福田憲二郎, 染谷隆夫, 梅津信二郎
    • 学会等名
      第3回インフォマティク・バイオマテリアル研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 非拘束的な心電計測用電極の開発2019

    • 著者名/発表者名
      須井翼,藤枝俊宣,廣瀬佳代,梅津信二郎
    • 学会等名
      第3回インフォマティク・バイオマテリアル研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] エアロゾル流出バルーン2020

    • 発明者名
      廣瀬佳代、内田寛治、梅津信二郎、リギョウトン
    • 権利者名
      廣瀬佳代、内田寛治、梅津信二郎、リギョウトン
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-088159
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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