ヒト幹細胞由来心筋細胞における自動能機序の解明とバイオペースメーカーシステム設計

• 研究課題/領域番号: 26460303
• 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: 生理学一般
• 研究機関: 金沢医科大学
• 研究代表者: 倉田 康孝 金沢医科大学, 医学部, 教授 (00267725)
• 研究分担者: 芝本 利重 金沢医科大学, 医学部, 教授 (90178921)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: cardiac pacemaker / mathematical model / bifurcation analysis / computer simulation / システム生理学 / 非線形力学 / 分岐理論 / 生物・生体工学 / 生物物理 / バイオペースメーカー / ヒトES細胞 / HCN4 / 数理モデル / コンピュータシミュレーション

研究成果の概要

ヒト幹細胞由来心筋細胞の電気生理学的特性を分析し、洞結節型および固有心筋型細胞の数理モデルを作成した。モデル細胞のパラメータ依存性分岐構造を解析して分化成熟過程での自動能発現・消失の非線形力学的機序を検証した結果、洞結節型細胞における自動能発現はL型Caチャネル電流による平衡点の不安定化に起因すること、固有心筋型細胞での自動能消失は内向き整流Kチャネル電流増加による安定平衡点の出現によることが明らかとなった。また、洞結節型細胞と固有心筋型細胞を連結した多細胞モデルでの解析から、ペースメーカー細胞のバイオペースメーカーとしての機能の強化には持続性内向き電流の導入が最も効果的であることも判明した。

研究成果

• [雑誌論文] Dynamical mechanisms of phase-2 early afterdepolarizations in human ventricular myocytes: insights from bifurcation analyses of two mathematical models (2017)
  • 著者名/発表者名: Kurata Y, Tsumoto K, Hayashi K, Hisatome I, Tanida M, Kuda Y, Shibamoto T
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol 巻: 312 号: 1 ページ: H106-H127
  • DOI: 10.1152/ajpheart.00115.2016
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrophysiological properties of iPS cell-derived cardiomyocytes from a patient with long QT syndrome type 1 harboring the novel mutation M437V of KCNQ1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Sogo T, Morikawa K, Kurata Y, Li P, Ichinose T, Yuasa S, Nozaki D, Miake J, Ninomiya H, Shimizu W, Fukuda K, Yamamoto K, Shirayoshi Y, Hisatome I
  • 雑誌名: Regenerative Therapy 巻: 4 ページ: 9-17
  • DOI: 10.1016/j.reth.2015.12.001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Distinct dynamical mechanisms underlie the development of phase 2 early afterdepolarizations in human ventricular myocyte models for long QT syndromes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kurata Y, Tsumoto K, Hisatome I, Tanida M, Kuda Y, Shibamoto T
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • 年月日: 2017-03-30
• [学会発表] Mechanisms of sinoatrial node pacemaking: novel insights into roles of the pacemaker current If from bifurcation analysis of mathematical models (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurata Y, Hisatome I, Shibamoto T
  • 学会等名: The 2016 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2016)
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原（神奈川県湯河原市）
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会
• [学会発表] Distinct mechanisms underlie phase 2 early afterdepolarizations in human ventricular myocyte models of long QT syndromes (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurata Y, Hisatome I
  • 学会等名: 第63回日本不整脈心電学会学術大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-07-16
• [学会発表] ヒト心室筋細胞モデルにおける早期後脱分極の再現性とその非線形力学的機序 (2016)
  • 著者名/発表者名: 倉田康孝、谷田 守、九田裕一、久留一郎、芝本利重
  • 学会等名: 第93回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] Dynamical mechanism of early afterdepolarization induced by administration of class III antiarrhythmic agents (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsumoto K, Kurata Y, Kurachi Y
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-03-09
• [学会発表] Dynamical mechanisms of phase 2 early afterdepolarizations in long QT syndromes: Insights from slow-fast decomposition analysis of mathematical models for human ventricular myocytes (2015)
  • 著者名/発表者名: Kurata Y, Hisatome I
  • 学会等名: 第30回日本不整脈学会学術大会・第32回日本心電学会学術集会合同学術大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-07-30
• [学会発表] Electrophysiological properties of iPS cell-derived cardiomyocytes from a patient with long QT syndrome type 1 harboring a novel mutation of KCNQ1 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kurata Y, Li P, Morikawa K, Miake J, Yamamoto K, Shirayoshi Y, Hisatome I
  • 学会等名: 第30回日本不整脈学会学術大会・第32回日本心電学会学術集会合同学術大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-07-29
• [学会発表] 心筋細胞における早期後脱分極生成機序解明のための数理解析手法の提案 (2015)
  • 著者名/発表者名: 津元国親, 倉田康孝, 倉智嘉久
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-09
• [学会発表] Dynamical mechanisms of early afterdepolarizations in long QT syndromes: Insights from slow-fast decomposition analyses for human ventricular myocyte models (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉田康孝、谷田 守、九田裕一、久留一郎、芝本利重
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-22