極値統計理論を用いた、外れ値免疫細胞の動態の数理解析

• 研究領域: シンギュラリティ生物学
• 研究課題/領域番号: 19H05422
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 中村 直俊 名古屋大学, 理学研究科, 特任准教授 (30554472)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 細胞間不均一性 / 距離学習 / 細胞運動 / 1細胞 / 運動軌跡 / 確率分布 / in vivo イメージング / 細胞極性

研究開始時の研究の概要

近年のイメージング研究の進展により、同じ種類の細胞であっても生体の中で異なる振る舞いを示す 「細胞間不均一性」が明らかになってきた。申請者は、細胞の動態データから細胞間不均一性をバイアスなく図示し、細胞間の違いを司る軸を明らかにするデータ解析方法を開発した。 本研究では、この申請者の研究に立脚し、マウスの in vivo イメージングの細胞データに対して、外れ値となる免疫細胞を同定する。その動態を詳細に解析し、細胞分布の経時変化を解明して、外れ値免疫細胞の存在意義を明らかにする。

研究実績の概要

多光子顕微鏡で観察された免疫細胞の運動を解析する過程で得られた、距離学習による細胞軌跡の可視化手法を、Springer社の国際学会特集書籍に原著論文として投稿し、査読を経て掲載された。（Nakamura N and Yamada R. Proceedings in Mathematics & Statistics (Methods of Mathematical Oncology: Fusion of Mathematics and Biology): Distance-matrix-based extraction of motility features from functionally heterogeneous cell populations, 283-293, Springer (2021).）同様の距離学習は、細胞間の不均一性以外のみならず、個体間の表現型の不均一性を可視化する目的で利用可能である(Nakamura N et al., medRxiv 2022)。近年盛んになっている深層学習ベースの学習方法とは異なる、新たな教師なし学習手法として拡張可能性があると考えられ、今後も研究を進めていく。また、複数の数理モデルの距離を木構造を用いて比較する新規方法について、共同研究者と進めていた研究が情報系の国際学会 ISAAC 2022 (33rd International Symposium on Algorithms and Computation) に査読を経て採択され、Leibniz International Proceedings in Informatics に収録された。（Akutsu T, Mori T, Nakamura N et al. On the complexity of tree edit distance with variables. doi: 10.4230/LIPIcs.ISAAC.2022.44）この手法についても、上記の距離学習の副産物というべき成果であり、BioModelsなどの数理モデルデータベースへの応用を検討している。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Blood flow kinetic energy is a novel marker for right ventricular global systolic function in patients with left ventricular assist device therapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiyama K, Colombo PC, Stohr EJ, Ji R, Wu IY, Itatani K, Miyazaki S, Nishino T, Nakamura N, Nakajima Y, McDonnel BJ, Takeda K, Yuzefpolskaya M, Takayama H
  • 雑誌名: Front. Cardiovasc. Med., 巻: 10 ページ: 1093576-1093576
  • DOI: 10.3389/fcvm.2023.1093576
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stratifying elicited antibody dynamics after two doses of SARS-CoV-2 vaccine in a community-based cohort in Fukushima, Japan. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura N, Kobashi Y, Kim KS, Tani, Shimazu, Zhao, Nishikawa, Omata, Kawashima, Yoshida, Abe, Saito Y, Senoo Y, Nonaka S, Takita M, Yamamoto C, Kawamura T, Sugiyama A, Nakayama A, Kaneko Y, Park H, Jeong YD, Tatematsu D, Akao M, Sato Y, Iwanami S, Fujita Y, Wakui M, Aihara K, Kodama T, Shibuya K, Iwami S, Tsubokura M
  • 雑誌名: medRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2022.06.11.22276266
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A personalized antibody score for predicting individual COVID-19 vaccine-elicited antibody levels from basic demographic and health information. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura N, Park H, Kim KS, Sato Y, Jeong YD, Iwanami S, Fujita Y, Zhao T, Tani Y, Nishikawa Y, Yamamoto C, Kobashi Y, Kawamura T, Sugiyama A, Nakayama A, Kaneko Y, Aihara K, Iwami S, Tsubokura M.
  • 雑誌名: medRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2022.07.05.22277283
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Lifestyle changes during the coronavirus disease 2019 pandemic impact metabolic dysfunction?associated fatty liver disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujii Hideki、Nakamura Naotoshi、Fukumoto Shinya、Kimura Tatsuo、Nakano Akemi、Nadatani Yuji、Tauchi Yukie、Nishii Yuuko、Takashima Shingo、Kamada Yoshihiro、Watanabe Toshio、Kawada Norifumi
  • 雑誌名: Liver International 巻: 42 号: 5 ページ: 995-1004
  • DOI: 10.1111/liv.15158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preoperative Left Ventricular Energy Loss in the Operating Theater Reflects Subjective Symptoms in Chronic Aortic Regurgitation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kainuma Atsushi、Itatani Keiichi、Akiyama Koichi、Naito Yoshifumi、Ishii Maki、Shimizu Masaru、Ohara Junya、Nakamura Naotoshi、Nakajima Yasufumi、Numata Satoshi、Yaku Hitoshi、Sawa Teiji
  • 雑誌名: Frontiers in Surgery 巻: 9 ページ: 739-743
  • DOI: 10.3389/fsurg.2022.739743
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 細胞生物学の数理(4) 不完全な情報に対処する (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 直俊
  • 雑誌名: 応用数理 巻: 31 号: 4 ページ: 28-33
  • DOI: 10.11540/bjsiam.31.4_28
  • NAID: 40022784449
  • ISSN: 2432-1982
  • 年月日: 2021-12-22
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 細胞生物学の数理(3) 動く細胞 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 直俊
  • 雑誌名: 応用数理 巻: 31 号: 3 ページ: 28-33
  • DOI: 10.11540/bjsiam.31.3_28
  • NAID: 130008135912
  • ISSN: 2432-1982
  • 年月日: 2021-09-22
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 細胞生物学の数理(2) 細胞間不均一性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 直俊
  • 雑誌名: 応用数理 巻: 31 号: 2 ページ: 28-33
  • DOI: 10.11540/bjsiam.31.2_28
  • NAID: 130008094868
  • ISSN: 2432-1982
  • 年月日: 2021-06-24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 細胞生物学の数理(1) 概論とMichaelis-Menten式 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 直俊
  • 雑誌名: 応用数理 巻: 31 号: 1 ページ: 32-37
  • DOI: 10.11540/bjsiam.31.1_32
  • NAID: 130008059720
  • ISSN: 2432-1982
  • 年月日: 2021-03-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] On the Complexity of Tree Edit Distance with Variables (2021)
  • 著者名/発表者名: Akutsu T, Mori T, Nakamura N, Kozawa S, Ueno Y, Sato TN
  • 雑誌名: Leibniz International Proceedings in Informatics 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression of Cancer Stem Cell Markers EpCAM and CD90 Is Correlated with Anti- and Pro-Oncogenic EphA2 Signaling in Hepatocellular Carcinoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Asakura Nobuhiko、Nakamura Naotoshi、Muroi Atsushi、Nojima Yosui、Yamashita Taro、Kaneko Shuichi、Ikeda Kazuki、Koshikawa Naohiko、Suzuki Takashi
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 号: 16 ページ: 8652-8652
  • DOI: 10.3390/ijms22168652
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 細胞の表現型不均一性を数理モデルとデータサイエンスで解明する (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: 京都駅前セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Deciphering heterogeneity in liver diseases using mathematical models and data science. (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: ASHBiセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] コロナワクチンに対する免疫応答の個人差を予測するスコアリング (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: 日本数理学会シンポジウム「医学で活躍するデータ解析」
  • 招待講演
• [学会発表] Deciphering heterogeneity in liver diseases using mathematical models and data science (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: ASHBiセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] EphA2 と EGFR を介する肝細胞がんの悪性化経路の数理モデリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: ネオMEセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Mathematical modeling of hepatocellular cancer progression via EphA2 and EGFR. (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: 日本癌学会学術総会
• [学会発表] 肝がん悪性化シグナルの数理モデルによる解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: 日本応用数理学会2021年度年会
• [学会発表] Team 14: Lipid therapeutics for rejuvenating senile T cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakamura N, Tay A, Almsherqi Z
  • 学会等名: The Interstellar Initiative: 2nd workshop
• [学会発表] 外れ値免疫細胞の動態の数理解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: 新学術シンギュラリティ生物学・第13回web交流会
  • 招待講演
• [学会発表] EphA2とEGFRを介する肝細胞がんの悪性化経路の数理モデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: 数理腫瘍学研究会
• [学会発表] EphA2とEGFRを介する肝細胞がんの悪性化経路の数理モデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: ワークショップ・工学と数学の接点を求めて
  • 招待講演
• [学会発表] Mathematical modeling of hepatocellular cancer progression via EphA2 and EGFR (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 学会等名: Fusion of Mathematics and Biology, JSPS Core-to-Core Program "Establishing International Research Network of Mathematical Oncology"
  • 国際学会
• [図書] 高度情報リテラシー : 情報科学・データ科学への入門 第3版 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村直俊
  • 総ページ数: 110
  • 出版者: 学術図書出版社
  • ISBN: 9784780610192
• [図書] データサイエンティスト教程 応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 数理人材育成協会編、下川和郎、中村直俊、中澤嵩、高野渉、上阪彩香、松原繁夫著
  • 総ページ数: 272
  • 出版者: 学術図書出版社
  • ISBN: 9784780609400
• [図書] Methods of Mathematical Oncology (2021)
  • 著者名/発表者名: Naotoshi Nakamura, Ryo Yamada
  • 総ページ数: 11
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811648663