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2016 年度 実施状況報告書

階層フィードバックを考慮したマルチスケール数理モデルと疾患力学系の解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K05265
研究機関東京大学

研究代表者

中岡 慎治  東京大学, 生産技術研究所, 派遣研究員 (30512040)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードモデル化 / 数理工学 / 数学基礎論 / 免疫学 / 再生医学
研究実績の概要

数ある疾患の中には、分子 (速いダイナミクス) と組織 (遅いダイナミクス) 間に階層フィードバックが存在し、悪循環によって発症するものがある。本研究では、階層フィードバックを考慮した疾患のマルチスケールダイナミクスを、数理モデルによって研究する。

平成27年度には、階層フィードバックを考慮した疾患のマルチスケールダイナミクスを表現する数理モデル構築に向けて、復数の解析を実施した (以下、列挙)。
[1] ウイルス感染に起因する疾患を対象とし、エボラウイルス感染症のウイルス (速いダイナミクス) と組織 (免疫系や血管表皮細胞など、遅いダイナミクス) 動態に関するマルチスケール数理モデルを構築し、2000 年、2001 年にウガンダで起こったエボラ感染症の実データを用いて薬剤投与の効果をシミュレーションした (成果・論文 2、共筆頭著者)。[2] 皮膚炎を対象とし、皮膚表面に存在するバクテリアと免疫系・皮膚表皮細胞の動態に関する数理モデルを構築し、数理解析を行った (成果・論文 1、筆頭著者)。[3] 皮膚の創傷と治癒過程に注目した数理モデル構築に向けて、創傷・治癒過程時にみられる皮膚表面のバクテリア群集に関する実データを収集し、将来的にデータ解析を行うための整備を行った。[4] [1]-[3] で共通して重要なウイルス・バクテリアの動態をより詳しく解析するため、抗生物質投与によるバクテリア群集動態の変化を記述した数理モデルを構築し、数理解析を行った (論文査読中)。

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

平成27年度では、二本の論文が受理された (実績 [1]、[2])。また、皮膚の創傷と治癒過程に注目した数理モデル構築に向けて、実データを数理モデルへ反映させるための足がかりができた (実績 [3])。次年度の解析に必要となる部分で進捗が認められたため、順調に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

前年度に得られた成果を基盤に、平成29年度は、以下の課題に取り組む:[1] ウイルス感染に起因する疾患では、異なるウイルスにおいても、同様にマルチスケール数理モデルを構築して解析を行う。多種類のウイルスを扱うことで、ウイルス特有の生活史や宿主との相互作用の違いも含めた、より一般的かつ汎用的なマルチスケール数理モデルの構築を進める。[2] 皮膚炎を対象としたマルチスケール数理モデルは、国際共同研究として韓国の Konkuk University の Yangjin Kim 博士、Ulsan National Institute of Science and Technology の Chang Hyeong Lee 博士らと進めている。本共同研究を更に進展させる形で、バクテリアが宿主からのフィードバックを回避する機構を組み込んだ数理モデルを構築し、解析の準備を行う。[3] 創傷・治癒過程時にみられる皮膚表面のバクテリア群集に関する実データを用いて、実データも取り入れた数理モデル構築を進める。[4] 抗生物質投与によるバクテリア群集動態の変化を記述した数理モデルにおいて、その他の重要な介入効果 (プロバイオティクス投与など) についても考慮した数理モデル構築に向けて、検討を行う。

次年度使用額が生じた理由

本年度は 1475 円余る形となった。1475 円は、計画通り予算を使用した結果、どうしても制御できずに余った差額である。

次年度使用額の使用計画

1475 円は平成29年度において、物品購入等に充てる予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Konkuk University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Konkuk University
  • [国際共同研究] UNIST(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      UNIST
  • [雑誌論文] Dynamics of epidermis: A mathematical model2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka, Sota Kuwahara, Chang Hyeong Lee, Hyejin Jeon, Junho Lee, Yasuhiro Takeuchi, Yangjin Kim
    • 雑誌名

      Applied Science

      巻: 6 ページ: 252

    • DOI

      doi: 10.3390/app6090252

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Modelling Ebola Virus Dynamics: Implications for Therapy2016

    • 著者名/発表者名
      Alexey Martyushev, Shinji Nakaoka, Kei Sato, Takeshi Noda, Shingo Iwami
    • 雑誌名

      Antiviral Research

      巻: 135 ページ: 62,73

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.antiviral.2016.10.004

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ウイルス感染時における常在細菌叢との宿主免疫応系の代謝相互作用に関するデータマイニング2017

    • 著者名/発表者名
      中岡慎治,佐藤佳
    • 学会等名
      第90回日本細菌学会総会
    • 発表場所
      仙台、日本
    • 年月日
      2017-03-21 – 2017-03-21
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of a computational grammar for immune cell processes2016

    • 著者名/発表者名
      中岡慎治
    • 学会等名
      日本数理生物学会年会
    • 発表場所
      博多、日本
    • 年月日
      2016-09-08 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploration of combinatorial emergence in coupled boolean network systems2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      The 22nd International Conference on Difference Equations and Applications
    • 発表場所
      大阪, 日本
    • 年月日
      2016-07-24 – 2016-07-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation for population kinetics of reservoir cells in HIV infection2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      A3 Workshop on Interdisciplinary Research Connecting Mathematics and Biology
    • 発表場所
      北京, 中国
    • 年月日
      2016-04-22 – 2016-04-24
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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