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2018 年度 実績報告書

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
研究機関北海道大学

研究代表者

中岡 慎治  北海道大学, 先端生命科学研究院, 特任講師 (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の研究を進めている。

前年度から継続する形で、今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に対して、復数の解析を実施した (以下、列挙)。

C 型肝炎ウイルス感染を記述したマルチスケール数理モデルを構築し、データ解析でも利用しやすい形式へと変換が可能である数学的根拠を示した (成果・論文 1,3)。大腸菌とその捕食者である原生生物 (Tetrahymena) の被食者捕食者系に対して、時間遅れの影響によって複雑な挙動が出現し得る可能性を分岐解析や数値シミュレーションによって示した (成果・論文 2、責任著者)。蚊などによって媒介されるマラリアなどの感染症伝播を記述したマルチスケール数理モデル (蚊のライフサイクル:速いダイナミクス、ヒトのライフサイクル:遅いダイナミクス) に対して、感染が起こってから最終的に観測される感染者数を見積もる最終規模方程式を導出し、その数学的性質を詳しく調べた (成果・論文 4、責任著者)。蚊によって媒介されるデングウイルス感染症に対して、体内におけるウイルスや細胞増殖動態 (遅いダイナミクス) と免疫細胞が分泌する生理活性物質による感染細胞除去 (速いダイナミクス) を考慮したマルチスケール数理モデルに対して、異なるデングウイルス株による二次感染に起因する重症化が生じるダイナミクスについて解析・数値シミュレーションを実施した (成果・論文 5)。また、微生物群集のダイナミクスの解析に用いる数理手法について解説記事をまとめた (成果・論文 6)。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Mathematical Analysis of a Transformed ODE from a PDE Multiscale Model of Hepatitis C Virus Infection2019

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa Kosaku、Kuniya Toshikazu、Nakaoka Shinji、Asai Yusuke、Watashi Koichi、Iwami Shingo
    • 雑誌名

      Bulletin of Mathematical Biology

      巻: 81 ページ: 1427~1441

    • DOI

      10.1007/s11538-018-00564-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calculation of final size for vector-transmitted epidemic model2019

    • 著者名/発表者名
      Tsubouchi Yu、Takeuchi Yasuhiro、Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Mathematical Biosciences and Engineering

      巻: 16 ページ: 2219~2232

    • DOI

      10.3934/mbe.2019109

    • 査読あり
  • [雑誌論文] T-Cell mediated adaptive immunity and antibody-dependent enhancement in secondary dengue infection2019

    • 著者名/発表者名
      Sasmal Sourav Kumar、Takeuchi Yasuhiro、Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 470 ページ: 50~63

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2019.03.010

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A PDE multiscale model of hepatitis C virus infection can be transformed to a system of ODEs2018

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa Kosaku、Nakaoka Shinji、Asai Yusuke、Watashi Koichi、Iwami Shingo
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 448 ページ: 80~85

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2018.04.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Delayed feedback induced complex dynamics in an Escherichia coli and Tetrahymena system2018

    • 著者名/発表者名
      Dong Yueping、Sen Moitri、Banerjee Malay、Takeuchi Yasuhiro、Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Nonlinear Dynamics

      巻: 94 ページ: 1447~1466

    • DOI

      10.1007/s11071-018-4434-4

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Data-Driven Mathematical Modeling of Microbial Community Dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Nakaoka Shinji
    • 雑誌名

      Handbook of Statistics

      巻: 39 ページ: 93~130

    • DOI

      10.1016/bs.host.2018.08.001

    • 査読あり
  • [学会発表] Trajectory inference of disease onset from non-time series microbiome datasets2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      South Lake Workshop in Bioinformatics and System Biology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Invasibility threshold and persistence of bacterial species2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      Annual meeting of Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development and applications of an optimization method to detect neighbor equilibria of a trajectory for Lotka-Volterra systems2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      12TH AIMS INTERNATIONAL CONFERENCE
    • 国際学会
  • [学会発表] Trajectory inference of HIV progression with microbiome data2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Nakaoka
    • 学会等名
      SMB&JSMB2018
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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