| 研究概要 |
本研究では,臓器としての生物学的知見が豊富な心臓を対象として,近年急速に解明が進み実現されるようになった,タンパク分子機能に基づく精密な細胞モデルを元に,心筋細胞の配列,組織の微小循環,冠動脈血流,心筋組織の力学的特性に基づいた心臓の3次元拍動モデルを実現する.
本年度は,昨年度に引き続き,様々な構成要素や構造を考慮した心臓の3次元有限要素法モデルに,日々蓄積される生物学的知見を容易に導入し,有効性等を評価するシステムとして,形式的に記述された心筋細胞モデルを非専門家が安全に編集可能で,さらに実験プロトコルの修正も可能な編集システムを実現した.特に,システムズバイオロジー分野で注目されているオントロジーを用いたユーザ支援を,細胞生理学分野に導入することで,個々の要素モデルを構築する専門家がモデル要素にオントロジー情報を付与することで,生物系の知識がないユーザにも安全にモデルの編集が実現可能な環境を実現した.具体的には,細胞生理学分野におけるモデル記述言語としてデファクトスタンダードになっているCellMLで記述されたモデルに対し,オントロジー情報を付加することで,細胞構成要素の編集を正確に実現可能な環境を実現した.
次に,昨年度実現した精密心筋細胞モデルと構造力学モデルの連成シミュレーションシステムを用いて,左心室構造力学モデルにおける応力評価を行った.心臓は拍動に伴う能力や効率を最大化するため,収縮末期における応力分布が均等化するように細胞配列が最適化されているという仮説があるが,実際の心臓で心壁内部の応力が評価できないため,仮説の検証にはシミュレーションモデルが利用されるようになってきている.しかしながら,従来用いられてきたシミュレーションモデル形状は単純なラグビーボール形状であることが多く,実心臓形状における応力分布に関しては,未だ解析結果が報告されていない.そこで,本年度は従来研究で用いられていたものに対し,より実心臓に近い3次元拍動モデルを用いることにより,収縮末期における心壁の応力分布を評価した.この結果,従来の報告で評価が困難であった心尖部において,明瞭な応力集中を確認できた.これは,バチスタ手術等の外科手術において,経験的に重要性が認識されている心尖部の重要性を示唆する結果であると考えることができる.
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