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ベイズ機械学習による幹細胞分化増殖プラットフォーム最適化の日米共同研究

研究課題

研究課題/領域番号 20KK0160
研究種目

国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

配分区分基金
審査区分 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
研究機関京都大学

研究代表者

Packwood Daniel  京都大学, 高等研究院, 准教授 (40640884)

研究分担者 安井 孝介  京都大学, 高等研究院, 特定助教 (10877640)
ABDALKADER Rodi  立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 准教授 (20839964)
研究期間 (年度) 2020-10-27 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2021年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
キーワードstem cell / cardiomyocyte / data / machine learning / regression / descriptors / iPS / cardiomyocite / statistics / small molecule / Stem cell / Cardiomyocite / Screening / Machine learning / DFT / Data-driven / ベイズ最適化 / 材料情報 / 機械学習 / 幹細胞分化増殖 / 再生医療
研究開始時の研究の概要

In order to generate tissues for clinical purposes, cells of a specific type must be created. Such cells are usually generated by adding nutrients to a stem cell culture medium. This project will develop an AI-based platform for efficient identification nutrients for inducing the target cell state.

研究実績の概要

This project aims to predict compounds for inducing cardiac differentiation of stem cells using data science. During FY2022, we created a series of regression models which can predict whether small organic molecules can be used as WNT inhibitors in a cardiac differentiation protocol. In FY2023, we extended this work as follows: (i) minor tweaking of model performance by introducing thermodynamically averaged descriptors; (ii) development of a new random sensitivity analysis technique for assessing model robustness to overtraining; (iii) prediction of several new compounds for use as WNT inhibitors; (iv) synthesis and experimental verification of one of these compounds when used in a real iPS stem cell differentiation protocol.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

The project was delayed during FY2020 and FY2021 due to pandemic-related travel barriers, as well as the loss of a stem cell laboratory at our institute, which prevented us from acquiring data early in the project. However, after acquiring an existing data set in early FY2021 we could swiftly progress through the research plan, meeting all of the research goals at roughly the targeted times.

今後の研究の推進方策

The project has been extended by one year due to a large amount of unused budget from FY2023 (around 1M yen). The additional year will be used write a paper and attend international conferences to share the results.

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Los Angeles(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Modeling dry eye with an air liquid interface in corneal epithelium-on-a-chip2024

    • 著者名/発表者名
      Kado Abdalkader Rodi、Chaleckis Romanas、Fujita Takuya、Kamei Ken-ichiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 号: 1 ページ: 4185-4185

    • DOI

      10.1038/s41598-024-54736-z

    • 関連する報告書
      2023 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] Corneal epithelium models for safety assessment in drug development: Present and future directions2023

    • 著者名/発表者名
      Rodi Kado Abdalkader, Takuya Fujita
    • 雑誌名

      Experimental Eye Research

      巻: 237 ページ: 109697-109697

    • DOI

      10.1016/j.exer.2023.109697

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An efficient simplified method for the generation of corneal epithelial cells from human pluripotent stem cells2022

    • 著者名/発表者名
      Rodi Abdalkader and Kenichiro Kamei
    • 雑誌名

      Human Cell

      巻: 35 号: 4 ページ: 1016-1029

    • DOI

      10.1007/s13577-022-00713-5

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Data science for materials and chemical biology2024

    • 著者名/発表者名
      Daniel Packwood
    • 学会等名
      The 9th Symposium on Theoretical and Applied Mechanics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Machine learning for materials chemistry and chemical biology2023

    • 著者名/発表者名
      Daniel Packwood
    • 学会等名
      10th ICIAM (International Congress for Industrial and Applied Mathematics)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Designing bioactive materials with small data2023

    • 著者名/発表者名
      Daniel Packwood
    • 学会等名
      The 1st MacDiarmid Institute-Kyoto University Workshop on Integrated Data-Material Sciences
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] データ科学・機械学習を活用する機能性分子の設計手法2022

    • 著者名/発表者名
      Daniel M. Packwood
    • 学会等名
      データ科学・機械学習を活用する 機能性分子の設計研究事例(ダイキン工業主催 Webセミナー)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The survival and characteristics of cryopreserved human iPSC-derived corneal epithelial cells generated by SSM-CI method2022

    • 著者名/発表者名
      Rodi Abdalkader
    • 学会等名
      World Ophthalmology Congress of the International Council of Ophthalmology (WOC)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of human cornea-on-a-chip2022

    • 著者名/発表者名
      Rodi Abdalkader
    • 学会等名
      The 9th University Seeds Matching Seminar AgeTech (longevity society x technology)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [図書] Cell-Inspired Materials and Engineering2021

    • 著者名/発表者名
      D. O. Wang and D. M. Packwood (editors)
    • 総ページ数
      257
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] Data science for novel molecular materials

    • URL

      https://cassyni.com/events/EAh21DVPcd5BseNzx1gs9o

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2020-10-29   更新日: 2024-12-25  

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