研究課題
基盤研究(C)
インスリン分泌効率が最適で、β細胞の死滅の影響が全体に及ぶリスクを回避できる膵ランゲルハンス島の構造と機能が、highly optimized tolerance (HOT)モデル、または、その一般化モデル(COLD)で再現されるか明らかにすることを目的として研究を行い、以下の成果を得た。HOTモデルで構造最適化を行うためのプロトタイプとなるソフトウェアを作成した。伝染性病原菌源から拡散した病原菌を検知する仮想センサネットワークの最適構造を決定するというバイオテロ対策を単純化した問題を設定し、センサ群の最適配置位置を探索する数値実験を通してソフトウェアの有効性を実証した。HOTモデルのリスク評価関数に非線形係数を組み込み、COLDモデルによって最適化を実行するソフトウェアを開発した。β細胞ネットワークを、Shermanモデルに従う細胞クラスターで表現した。細胞集団の動的挙動をカオス同期で数値的に再現し、生理学的データとの対応を、膜電位バーストパターンの順列エントロピーで評価した。膵島の特異構造を調べる準備段階として、細胞特性の統計分布がバーストパターンに及ぼす影響を調べた。細胞に流入・流出するイオン流の揺らぎを正規分布で近似して細胞クラスターに適用し、順列エントロピーで挙動の複雑さを評価した。生理学的データと比較した結果、平均値の10〜15%のイオン流分散を仮定した場合、生理学的データの複雑さが再現されることが分かった。α細胞またはδ細胞が膵島に含まれる状態がscale-free構造に対応すると仮定し、β細胞クラスターにscale-free構造の細胞欠損を生じさせた場合の膜電位スパイク列の変化を評価するプログラムを開発した。
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